Схема датчика холла: принцип работы, применение, принципиальная схема, подключение

Содержание

принцип работы, применение, принципиальная схема, подключение

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

Описание и применение

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

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

Регистр Холла работает следующим образом:

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

Напряжение называется напряжением Холла.

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

Виды, устройство и принцип действия

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

Цифровые

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

Контроллеры подобного типа делятся на три вида:

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

Каждый из этих видов далее будет подробно рассмотрен.

Униполярные

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

Биполярные

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

Омниполярные

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

Аналоговые

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

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

Применение

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

Линейные

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

Датчик тока

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

Тахометр

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

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

По изменению последней можно судить о скорости вращения вала.

Датчик вибраций

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

Детектор ферромагнетиков

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

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

Датчик угла поворота

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

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

Бесконтактный потенциометр

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

ДХ в бесколлекторном двигателе постоянного тока

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

Датчик расхода

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

Датчик положения

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

Цифровые

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

Датчики

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

Контроллер частоты вращения

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

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

Контроллер системы зажигания авто

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

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

Контроллер положения клапанов

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

Так можно фиксировать открывание и закрывание клапанов.

Контроллер бумаг в принтере

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

Устройства синхронизации

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

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

Счетчик импульсов

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

Блокировка дверей

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

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

Измеритель расхода

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

Бесконтактное реле

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

Детектор приближения

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

Какие функции выполняет в смартфоне

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

Как изготовить своими руками

Чтобы сделать простейший ДХ своими руками, понадобится:

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

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

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

Рис. 1. Принципиальная схема подключения элемента Холла.

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

Преимущества и недостатки

К преимуществам ДХ можно отнести:

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

Среди недостатков ДХ выделяют:

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

Главный недостаток ДХ – температурная нестабильность.

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

Схема датчика холла и принцип работы

Физик Холл открыл принцип, который впоследствии позволил создать датчик его имени. Этот прибор относится к категории магнитоэлектрических устройств и, фактически, является датчиком магнитного поля. Устройство датчика Холла имеет два основных конструктивных варианта. По принципу действия, эти приборы могут быть цифровыми и аналоговыми.

С помощью цифровых датчиков производится определение поля, то есть, его наличие или отсутствие. При достижении индукцией определенного значения, датчик выдает результат. Однако, слабая индукция не позволяет зафиксировать наличие поля, что является минусом этого прибора.

Конструкции аналоговых датчиков Холла позволяют преобразовывать индукцию в напряжение. Полученная величина будет зависеть от силы поля и его полярности.

Принцип работы датчика Холла

Датчики Холла являются составной частью различных приборов. В большинстве случаев, они используются для измерения напряженности магнитного поля. Широкое применение эти устройства нашли в системах зажигания автомобилей, благодаря возможностям бесконтактного действия.

Бесконтактное воздействие объясняется следующими факторами. Было замечено, что при помещении пластины, находящейся под напряжением, в магнитное поле, электроны, находящиеся в этой пластине будут отклоняться в перпендикулярном направлении с магнитным потоком. В данном случае, полярность магнитного поля оказывает непосредственное влияние на направление этого отклонения. Таким образом, будет наблюдаться разница плотности электронов на противоположных концах пластины. Это приводит к созданию разности потенциалов, улавливаемой датчиками Холла.

Проверка работоспособности датчика Холла

Чаще всего, с проблемой работоспособности датчика сталкиваются автомобилисты. Наиболее легким способом считается замена прибора на исправный. Во многих случаях, это помогает полностью решить проблему.

Если же невозможно установить исправный датчик, можно воспользоваться несложным устройством, которое будет дублировать его работу. Для изготовления этого устройства, необходимо взять колодку распределителя зажигания с тремя штекерами и небольшой кусок провода.

Чтобы произвести диагностику, можно использовать обычный тестер. При неисправности датчика, тестер будет показывать менее 0,4 вольта. Проверка наличия искры осуществляется при включенном зажигании. В этом случае, концы провода соединяются с определенными выходами в коммутаторе. Однако, как уже говорилось, наиболее оптимальным вариантом является замена неисправного прибора.

Широкое применение датчик Холла имеет в транспортных системах. Также Датчик Холла применяется для контроля положения узлов различных механизмов: перемещение деталей механизмов до концевых положений, построение энкодеров. Используется для измерения больших токов. Проводятся эксперименты по использованию датчика Холла в качестве чувствительного элемента магнитного компаса. Основу датчика составляет элемент Холла, соединенный с электрической схемой. Современный датчик Холла представляет собой микросхему, к которой подводится питание, а на выходе микросхемы формируется информационный сигнал. Принцип работы датчика Холла состоит в фиксировании магнитного поля. Для измерения скорости перемещения датчика Холла закрепляется на неподвижном элементе конструкции, а в движущейся части устанавливаются магниты. Применяют и более простое решение, намагничивают подвижные элементы не внося изменений в конструкцию механизма. Для измерения скорости вращения применяется пара постоянный магнит и датчик Холла. Между ними свободно перемещается пластина, экранирующая магнитное поле. При каждом обороте с выхода датчика Холла поступает электрический импульс в схему электронного тахометра. Для увеличения точности измерения устанавливают две и более пар магнит + датчик Холла.

Принцип работы датчика Холла позволяет создать регистрирующее устройство не имеющее механического контакта с подвижной частью контролируемого механизма, что позволяет многократно увеличить ресурс работы по сравнению с герконами или механическими переключателями, кнопками. На рисунке показан узел из бесконтактной системы зажигания автомобильной схемы, с использование датчика Холла.

1 – аккумулятор;
2 – замок зажигания;
3 – свечи зажигания;
4 – двухвыводная катушка зажигания;
5 – вольтметр;
6 – коммутатор;
7 – датчик Холла.

Проверить датчик Холла можно по такой технологии. С выхода датчика снимается напряжение, если в его зазоре находится стальной экран. Если экрана в зазоре нет, то напряжение на выходе датчика близко к нулю. На снятом с двигателя датчике-распределителе зажигания датчик можно проверить по схеме, приведенной на рисунке ниже, при напряжении питания 8-14 В. Медленно вращая валик датчика-распределителя зажигания, измерьте вольтметром напряжение на выходе датчика. Оно должно резко меняться от минимального (не более 0,4 В) до максимального (не более, чем на 3 В меньше напряжения питания).

Использование совместно с датчиком Холла постоянного магнита повышает надежность по сравнению с оптопарами, требующими источника света. Постоянный магнит «не погаснет”, а источник света требует подключения к питанию, постоянно потребляет ток. Обрыв питания источника света приведет к ложному сигналу с выхода оптопары, что не может произойти с датчиком Холла. Автор статьи – Сергей Куприянов.

Датчики, иное название сенсоры, служат для регистрирования изменения различных физических величин и передачи полученной информации обрабатывающим устройствам. Если к проводнику подвести постоянный заряд и поместить его в магнитное поле, то возникнет разность потенциалов. Этот эффект был обнаружен в 1897 году учёным Эдвином Холлом. Основываясь, на этом эффекте был создан датчик, названный в честь изобретателя датчиком Холла.

Принцип работы прибора

Это устройство, регистрирующее напряжённость магнитного потока. Фактически это сенсор наличия магнитного поля. Датчики выпускаются как цифрового, так и аналогового типа. Первый тип основан на измерении индукции поля и формирования соответствующего напряжения, а второй тип реагирует на изменение полярности магнитного потока.

Принцип действия датчика Холла построен на гальваномагнитном явлении. Это явление представляет собой результат взаимодействия магнитного поля с полупроводником, который подключён к электрической энергии, и при этом изменяются его электрические свойства. Эффект Холла проявляется, если в полупроводнике, расположенном в магнитном потоке, при протекании по нему тока образуется поперечное напряжение. При этом направление заряда перпендикулярно вектору направления поля. Возникающее явление объясняется тем, что на подвижные электроны или дырки в магнитном потоке воздействует сила Лоренца, приводящая к их отклонению.

В простом примере эффект Холла представляется в следующем виде. В полупроводнике под влиянием силы Лоренца носители заряда перемещаются в разные стороны, соответствующие своему знаку. На одной стороне полупроводника скапливаются электроны, отрицательный заряд, а на другой откуда переместились электроны — положительный заряд. Между этими сторонами из-за разности зарядов образуется электрический поток, который препятствует перемещению зарядов под влиянием силы Лоренца. Когда наступает момент равенства сил Лоренца и магнитного поля, полупроводник переходит в состояние равновесия.

По своему виду датчики могут выпускаться с разным числом контактных выводов и бывают:

Так как уровень сигнала на выходах сенсора низкий, к его выходам подключается операционный усилитель. При добавлении триггера получается простое устройство, срабатывающее при определённом значении магнитного поля и вида проводимости. В цифровой электронике датчики, дополняющиеся логическими элементами, разделяются на три группы:

  1. Униполярные. Прибор регистрирует только изменение одной величины носителей заряда, дырочной или электронной проводимости.
  2. Биполярные. Сенсор реагирует на оба вида носителей заряда, но выполняет по отношению к ним противоположные действия. Например, при регистрации электронной проводимости подключённый к нему прибор начинает работать, а при регистрации дырочной проводимости отключается.
  3. Однополярные. Регистрируют просто появление проводимости и не зависят от её типа.

Датчик, использующий три вывода, в своём корпусе содержит транзистор с открытым коллектором, так как ток прибора малый с ним применяется в паре усилитель сигнала.

Применение эффекта Холла

Существует линейная зависимость между возникающей разностью потенциалов и магнитной индукцией, приводящей к её появлению. На этом и построены устройства с датчиком Холла, измеряющие магнитную индукцию.

Приборы, использующие в работе преобразователи Холла, применяются для проведения всевозможных измерений. Используя явление, при котором магнитное поле появляется под воздействием электрического тока, индукция магнитной силы соотносится с ним, и создаются бесконтактные измерители силы тока. Такой прибор выгоден при вычислении величин больших постоянных токов в проводах, которые при измерении обычным амперметром пришлось бы разрывать. Кроме этого, широкое применение получили приборы с сенсорами Холла для измерения электрической мощности, фиксирования линейных и угловых перемещений, плотности носителей заряда в полупроводнике.

Главным параметром прибора, построенным на эффекте Холла, является магнитная чувствительность. Она характеризуется соотношением появляющегося напряжения к значению магнитной индукции, то есть напряжением, при индукции равным единице.

Особое применение сенсоры получили в электродвигателях. В них датчики располагают таким образом, что устанавливаясь на статоре, отслеживают положение ротора. Установив магнит постоянного поля, получается счётчик оборотов. Величина магнитного поля, обеспечивающая срабатывание датчика, находится в пределах 150 Гауссов.

Использование в автомобилях

В машине датчик применяется в системе зажигания. Без его участия правильная работа мотора в автомобиле невозможна. Располагается он на трамблере и определяет момент появления искры, заменяя собой контактор. Здесь может использоваться как биполярный, так и униполярный вид сенсора.

Проводя измерения количества возникающих импульсов, сенсор сообщает блоку электроники информацию о необходимости создания искры. В состав прибора входят: постоянный магнит, металлический экран с отверстиями, полупроводниковая пластина. Схема работы основывается на том, что через устроенные отверстия в полупроводник проникает магнитный поток, в результате чего появляется разность потенциалов. Когда прорези закрыты экраном, поток не проходит, и напряжение не возникает. Таки образом, открывая и закрывая прорези экраном, создаётся импульсный сигнал на выходе устройства.

Датчик содержит три вывода, согласно его распиновке слева направо:

  • первый подключается к корпусу автомобиля;
  • на второй подводится напряжение равное шести вольтам;
  • третий используется как информационный.

Кроме этого, датчик используется для контроля токовой перегрузки. При появлении перегрузки происходит нагрев сенсора и срабатывание температурной защиты.

Из-за нарушений, возникающих в работе сенсора, возникают различные неисправности, что сказывается на запуске двигателя, появления рывков при работе, или просто его остановки. Проверить работоспособность датчика в автомобиле проще всего вращением коленчатого и распределительного вала. При нормальной работе светодиод, расположенный на контрольной панели, должен мигать.

При отсутствии бортового светодиода возможно выполнить приспособление самостоятельно. Для этого понадобится резистор на один килоом, светодиод и провода. Резистор последовательно соединяется со светодиодом, и от конструкции делаются отводы на проводах. Трамблер отключается и проводится подключение проводов от светодиода и резистора, после чего проворачивается распределительный вал. В результате светодиод должен мигнуть.

Для получения точных результатов лучше провести проверку датчика холла мультиметром. Потребуется любой тестер с возможностью измерения напряжения. При рабочем датчике напряжение на его выводах составит до 11 вольт. Сначала измеряется присутствие необходимых напряжений на контактной колодке трамблера. Обычно присутствуют три напряжения, равные 12 вольтам, и на одном контакте напряжение должно отсутствовать.

Включается зажигание. Положительный щуп устанавливается на выход клеммы датчика, а минусовой на провод с нулевым значением напряжения. Величина напряжения составляет около 11 вольт. При провороте коленвала напряжение должно изменяться, при этом наибольшее значение не должно опускаться ниже девяти вольт, а наименьшее быть не более 0,5 В.

Преобразователь Холла в смартфоне

Имея небольшие размеры, сенсоры Холла нашли своё применение и в электронных гаджетах. Используя его свойства в смартфонах, улучшается позиционирование, быстрее происходит запуск GPS поиска, увеличивается срок службы в автономном режиме. Применяя способность сенсора реагировать на магнитное поле, преобразователь используется также в телефонах вида «раскладушка» и ноутбуках. Месторасположение датчик занимает на лицевой стороне устройства, что увеличивает его реакцию на изменение магнитного поля.

Из-за присутствия датчика происходит автоматическое включение экрана ноутбука при его открытии или выключение при закрытии. Также и с телефоном — «раскладушкой». В смартфонах такая функция реализуется с применением чехла книжки. Датчик регистрирует величину магнитного поля, исходящего от миниатюрного магнита, вмонтированного в середину чехла. При открытии чехла, сила действия магнитного потока ослабевает, и устройство включает подсветку экрана.

Важно отметить, что использование магнита не оказывает никакого негативного влияния на гаджет, а сам датчик Холла в принципе работы применяет регистрацию магнитного потока. Он регистрирует силу магнитного поля, а не сравнивает его напряжённость. Преобразователь Холла в мобильных устройствах также имеет следующий функции:

  • помогает в ориентирование по горизонту земли;
  • обеспечивает работу компаса устройства;
  • включает и отключает экран при совместном использовании с магнитом.

Ориентирование экрана — это функция, используемая в любом современном телефоне. При разном положении гаджета в пространстве изображение на экране всегда будет правильным, а не перевёрнутым. Такую функцию можно и отключить, для этого в настройках смартфона выбирается последовательно: настройки, экран блокировки, расширенные возможности, режим смарта. Если в настройках пункта нет, придётся выпаять преобразователь из схемы.

Кроме этого, специальная микросхема, получая сигнал от преобразователя Холла, приводит к коррекции изображения. Это проявляется при фотографировании или при смене времени суток. Участвуя в работе GPS навигации, устройство помогает увеличить точность позиционирования.

Чтобы знать, как проверить датчик Холла в телефоне, особых умений не понадобится. Для этого нужно поднести любой магнит к корпусу или экрану устройства. При его работоспособности экран погаснет, если магнит убрать — загорится.

Устройство в бытовой технике

Очень часто в бытовой технике, использующей мотор (например, стиральная машинка) для подсчёта количества оборотов стоит сенсор Холла. Он имеет вид кольца с двумя проводами и крепится к ротору электродвигателя. Его работа устроена следующим образом: за счёт вращения вала на сенсор поступает напряжение, сила которого зависит от скорости вращения ротора. Чем обороты больше, тем больше и разность потенциалов. Электронный узел анализирует величину напряжения и выставляет требуемую скорость вращения.

Чтобы проверить преобразователь, потребуется взять мультиметр и прозвонить сопротивление сенсора. Нормальная величина рабочего прибора составляет около 60 Ом. Если мультиметра нет, можно взять простой вольтметр и измерить напряжение на том месте, где подключается сам датчик.

Схема для практического повторения

Несложная схема с применением датчика Холла, применяемая для регистрации открытия двери, не представляет сложности для самостоятельной сборки. Достоинство использования сенсора в том, что его работе не требуется механический контакт, как, например, геркону. Датчик размещается на дверной коробке, а магнит на двери. В основе схемы используется датчик MH 183 и микросхема CD 4093. За питание отвечает источник напряжения на девять вольт.

При воздействии магнитного потока транзисторный ключ находится в активном состоянии. Сигнал с сенсора поступает на вход микросхемы и запрещает работу её генератора. Светодиод LED1 горит. Если дверь открывается, магнитная сила, воздействующая на датчик, ослабевает или пропадает, а в микросхеме запускается генератор и светодиод гаснет. Резистор R1 предназначен для защиты преобразователя Холла от обратного пробоя напряжения. Датчик Холла нашел свое применение во многих областях и является незаменимым помощником для человека в быту. Именно благодаря ему существуют так называемые «умные» устройства.

Устройство датчика Холла: принцип работы, применение, принципиальная схема, подключение

Автор Master OffRoad На чтение 9 мин. Просмотров 350 Опубликовано

Датчик Холла — что это такое в автомобиле?

Датчик используют на машинах с бесконтактной основой, ставшей очередной вехой в эволюции устройств, применяемых для включения системы подачи горючего. Именно бесконтактный измеритель — ее главная особенность. Также система отличается контактным зажиганием. Принцип работы датчика Холла — фиксация перемен, происходящих в магнитном поле, путем изменения напряжения мотора, генерируемого на выходе.

Прибор заменяет собой контакты, используется для контроля величины напряжения. Благодаря ему при перегрузках в бортовой сети происходит деактивация двигательной системы. При перегреве контроллера включается температурная защита. Металлический экран датчика имеет прорези, на которых формируется магнитное поле. Благодаря этому в пластине появляется напряжение. Из-за того, что прорези чередуются, оно является пониженным.

Поломка прибора приводит к возникновению неисправностей инжектора.

Описание и применение

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

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

Регистр Холла работает следующим образом:

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

Напряжение называется напряжением Холла.

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

Преимущества датчиков Холла

Датчики эффекта Холла имеют следующие преимущества:

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

Недостатки датчиков Холла

Датчики эффекта Холла имеют следующие недостатки:

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

Аналоговые и цифровые решения

Датчики на основе эффекта Холла фиксируют разницу потенциалов. Аналоговое решение, рассмотренное выше, основано на преобразовании индукции поля в напряжение с учетом полярности и силы поля.

Принцип работы цифрового датчика состоит в фиксации присутствия или отсутствие поля. В случае достижения индукцией определенного показателя датчик отмечает наличие поля. Если индукция не соответствует необходимому показателю, тогда цифровой датчик показывает отсутствие поля. Чувствительность датчика определяется его способностью фиксировать поле при той или иной индукции.

Цифровой датчик Холла может быть биполярным и униполярным. В первом случае срабатывание и отключение устройства происходит посредством смены полярности. Во втором случае включение происходит при появлении поля, отключается датчик в результате того, что индукция снижается.

На основе операции

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

  • биполярный;
  • униполярный.
Биполярный датчик Холла

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

Униполярный датчик Холла

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

Признаки неисправности датчика Холла

Датчики Холла являются составной частью различных приборов. Фото 1. Назначение и устройство датчика Холла Название датчик берет от фамилии своего изобретателя.

Далее снимается крышка трамблера и совмещается метка механизма газораспределения с меткой коленвала.


Выглядит он так: Поэтому при наличии неисправного датчика Холла бежим в ближайший радиомагазин или рынок и приобретаем SSA. Если в запасе нет уже готового исправного датчик — не беда. Поэтому для измерения слабых токов применяют конструкцию рис. Ток высокого напряжения идет от катушки зажигания по проводу через угольный контакт на пластину ротора, и затем через клемму крышки распределителя по проводу высокого напряжения, в наконечнике которого установлен помехоподавительный экран, попадает на соответствующую свечу зажигания и воспламеняет рабочую смесь в цилиндре.

Писали, что очень удобна для выставления зажигания… Удачи! Схема подключения датчика Холла В качестве примера использования, на картинке ниже показана электрическая цепь бесконтактной системы зажигания автомобиля, с преобразователем Холла. Существует несколько способов проверки исправности автомобильного датчика Холла.

Проверка датчика

Есть несколько способов диагностики контроллера. Самый точный вариант, который позволит получить осциллограмму — воспользоваться специальным оборудованием. Осциллограф не только определит состояние контроллера, но и даст точно понять, что устройство скоро выйдет из строя. Такое оборудование есть не у каждого электрика, поэтому ниже рассмотрены более простые, но не менее эффективные варианты.

Диагностика мультиметром

Перед выполнением тестирования устройство надо настроить в режим измерения постоянного тока, рабочий диапазон должен составить 20 вольт. Также потребуется два металлических штыря. Перед проведением диагностики с разъема устройства демонтируется резиновый чехол.

Процедура предварительной проверки, позволяющей установить, что на контроллер Холла подаются необходимые сигналы, выполняется так:

  1. С распределительного узла отключается основной бронепровод. Его необходимо соединить с массой автомобиля для предотвращения случайного появления разряда. Поскольку это приведет к запуску силового агрегата при диагностике.
  2. Затем производится активация системы зажигания.
  3. Разъем отключается от распределительного механизма.
  4. На тестере выставляется режим постоянного тока с диапазоном 20 вольт.
  5. Отрицательный контакт мультиметра подключается к кузову автомобиля, можно выбрать любое место. Положительный выход тестера будет использоваться для замера рабочего параметра напряжения.
  6. Разъем, подключенный к распределительному узлу, оснащается тремя контактами — красным, зеленым и белым, но расцветка проводников может быть другой. На первом выходе величина напряжения должна составить 11,37 вольт либо около 12 В, на втором — тоже в районе этого показателя. А на последнем проводнике рабочий параметр должен составить 0 вольт.

Следующий этап диагностики:

  1. Берутся два металлических штыря, можно использовать гвозди. Один из них устанавливается в средний контакт колодки (обычно зеленый цвет), а другой подключается к массе. Его расцветка, как правило, белая. Затем сам разъем подсоединяется обратно к распределительному устройству. Штыри используются в качестве проводников тока. На обратной стороне разъема открытых контактов нет, поэтому для проверки сами кабели придется оголить, а делать это не рекомендуется.
  2. Затем зажигание активируется. Положительный контакт тестера надо подключить к штырю среднего выхода на разъеме, а отрицательный — к белому проводнику. Производится замер напряжения. Если контроллер Холла рабочий, то полученная величина должна составить около 11,2 вольт.
  3. Затем надо прокрутить коленчатый вал силового агрегата и одновременно проверить показатели, которые выдает тестер. Если значения в ходе прокручивания снизятся до 0,02 вольт и затем увеличатся до 11,8 В, то это нормально. Так и должно быть в нижнем и верхнем пределе измерений. Можно отключать тестер.

Контроллер Холла считается рабочим, если при прокручивании коленчатого вала верхний предел измерений будет не ниже 9 вольт, а нижний — не выше 0,4 В.

Канал «Автоэлектрика ВЧ» подробно показал процедуру диагностики датчика с использованием тестера и рассказал об основных особенностях этого процесса.

Проверка сопротивления

Чтобы произвести диагностику этого параметра, потребуется простое устройство, состоящее из резисторного элемента на 1 кОм, диодной лампочки, а также гибких кабелей. К ножке источника освещения надо подключать резистор, для надежной фиксации используется пайка. К этой детали подсоединяются два проводника необходимой длины, важно, чтобы они были не короткими.

Принцип проверки выглядит так:

  1. Производится демонтаж крышки распределительного механизма. От контактов отсоединяется сам трамблер, а также колодка с проводами.
  2. Выполняется диагностика исправности электроцепи. Для этого тестер надо соединить с первой и третьей клеммами, а затем активировать зажигание. Если все проводники целые, то величина напряжения на дисплее мультиметра составит от 10 до 12 вольт.
  3. Затем аналогичным образом выполняется подключение собранного прибора к тем же выходам. Когда полярность соблюдена, то диодная лампочка загорится, если нет — то кабели надо поменять местами.
  4. Потом проводник, подключенный к первому выходу, остается нетронутым. А конец третьей клеммы переключается на вторую. Выполняется прокручивание распределительного вала. Это можно сделать руками либо с использованием стартерного механизма.
  5. Если в процессе выполнения этих действия источник освещения стал моргать, то контроллер работает правильно и не нуждается в замене.

Канал Altevaa TV рассказал о способе проверки датчика с использованием обычной лампочки на примере автомобиля Фольксваген.

Создание имитации контроллера Холла

Такой вариант диагностики датчика Холла считается наиболее быстрым, но его реализация возможна при наличии питания в системе зажигания и отсутствия искры.

От распределительного механизма отключается трехконтактный разъем. Производится активация зажигания в машине и с помощью куска проводника замыкаются контакты под номерами 2 и 3, это выходы сигнала и пин. Если в результате подключения на центральном кабеле образовалась искра, это говорит о поломке контроллера Холла. При выполнении задачи высоковольтный проводник необходимо держать у массы авто.

Замена датчика Холла

Заменить датчик Холла не составит особых затруднений. С этой работой под силу справится своими руками даже начинающему автолюбителю.

Чуть ниже на видео достаточно подробно показан процесс замены датчика в трамблере автомобиля УАЗ.

Обычно замена датчика Холла состоит из нескольких этапов:

  • Прежде всего, трамблер снимается с машины.
  • Далее снимается крышка трамблера и совмещается метка механизма газораспределения с меткой коленвала.
  • Запомнив положение трамблера, нужно открутить крепежные элементы гаечным ключом.
  • При наличии фиксаторов и стопоров, их также следует извлечь.
  • Вал вытаскивают из трамблера.
  • Осталось отсоединить клеммы датчика Холла и открутить его.
  • Оттянув регулятор, неисправная деталь осторожно вынимается через образованную щель.
  • Новый датчик Холла устанавливается в обратной последовательности.

Проверка работоспособности датчика Холла позволяет не только точно определить причину отказа двигателя. Благодаря простым приемам автомобилист сэкономит свое время на ремонт, а также исключит ненужную трату денег.

Видео, как заменить датчик Холла своими руками

Заключение

Чем же так хороши датчики Холла? Если соблюдать нормальные рабочие значения напряжения и тока, то теоретически датчика хватит на бесконечное число включений-выключений. Они не имеют электромеханического контакта, который бы изнашивался, в отличие от геркона  и электромагнитного реле. В настоящее время они уже почти полностью заменили герконы.

Источники

  • https://mashinapro.ru/1795-datchik-holla.html
  • https://ProDatchik.ru/vidy/ustrojstvo-datchika-holla/
  • https://meanders.ru.com/datchiki-holla-rabota-tipy-primenenie-preimushhestva-i-nedostatki.shtml
  • http://KrutiMotor.ru/ustrojstvo-datchika-xolla/
  • https://tokzamer.ru/bez-rubriki/datchik-holla-shema-principialnaya
  • https://autodvig.com/grm/chto-takoe-datchik-holla-64849/
  • https://unit-car.com/diagnostika-i-remont/150-datchik-holla.html
  • https://www.RusElectronic.com/datchik-kholla/

Датчик Холла Схема Принципиальная — tokzamer.ru

Назначение датчика Холла Датчик Холла предназначен для определения момента искрообразования в бесконтактной системе зажигания БСЖ автомобиля. В зависимости от того, на каком проводе появляется сигнал, схема распознает направление перемещения.


Стальной экран, имеющий несколько прорезанных ровных отверстий. Потребует применения такого датчика контроль оборотов выходных валов редукторов, контроль направления вращения двух и более синхронизируемых механизмов, учет расхода жидкости.

Такое явления называется ЭДС электродвижущей силой Холла. Сделаем его сами.
Датчик Холла.Что это и как работает.Простые токовые клещи своими руками.

Датчик Холла: на самом деле — всё просто Прибор основан на эффекте Холла, который заключается в следующем: если на любой полупроводник, вдоль которого протекает электрический ток, оказать воздействие пересекающим поперёк магнитным полем, то возникнет поле электрическое, называемое электродвижущей силой ЭДС Холла.

Далее снимается крышка трамблера и совмещается метка механизма газораспределения с меткой коленвала. Это и есть генератор Холла.

Проводятся эксперименты по использованию датчика Холла в качестве чувствительного элемента магнитного компаса. Соответственно коммутатор прерывает электрический ток, подающийся на катушку зажигания, магнитное поле в ней резко сжимается и, пересекая витки обмотки, производит ЭДС кВ ток высокого напряжения.

Но наибольшее применение генератор Холла получил в автомобильной промышленности — для измерения положения распределительного и коленчатого валов, в качестве бесконтактного электронного зажигания и в других целях.

Сигнал скорости управляет переключателем К2. Мы рекомендуем внимательно прочитать данную статью и добавить ее в закладки, потому как она позволит Вам сэкономить ни много ни мало, а американских долларов.

Как подключить датчик Холла Где найти для мотора

Принцип работы датчика Холла

Нужно, чтобы выходной ток датчика был достаточен для принимающего прибора в целях уменьшения влияния помех, искажающих передаваемую информацию. Осталось отсоединить клеммы датчика Холла и открутить его.

Итак, как же работает датчик Холла? Так как при работе двигателя на датчик будет воздействовать высокая температура и пластмасса может вытечь, а это приведет к более серьёзной поломке.

Сопротивления R1, R2 задают выходной ток импульсного датчика. Таким образом, будет наблюдаться разница плотности электронов на противоположных концах пластины.

В исправном устройстве напряжение будет изменяться от 0,4 В до 11 В.

Разделить системы зажигания по принципу работы можно на три ступени системы : Контактная.

Радиодетали в схеме Параметры импульсного датчика во многом обуславливают примененные компоненты его электрической схемы. Если вернуть обогреватель в вертикальное положение, то обогреватель снова включится.

Есть и более простой способ: подвижные контакты и элементы просто намагничивают.
Простая проверка датчика Холла! A simple Hall sensor check!

Признаки неисправности датчика Холла

Оцените статью: Поделитесь с друзьями! Преобразователь может использоваться в системах автоматизации, транспортных системах и т.

Принцип работы датчика Холла Датчики Холла являются составной частью различных приборов. Фото 1. Назначение и устройство датчика Холла Название датчик берет от фамилии своего изобретателя.

Далее снимается крышка трамблера и совмещается метка механизма газораспределения с меткой коленвала.

Выглядит он так: Поэтому при наличии неисправного датчика Холла бежим в ближайший радиомагазин или рынок и приобретаем SSA. Если в запасе нет уже готового исправного датчик — не беда. Поэтому для измерения слабых токов применяют конструкцию рис. Ток высокого напряжения идет от катушки зажигания по проводу через угольный контакт на пластину ротора, и затем через клемму крышки распределителя по проводу высокого напряжения, в наконечнике которого установлен помехоподавительный экран, попадает на соответствующую свечу зажигания и воспламеняет рабочую смесь в цилиндре.

Писали, что очень удобна для выставления зажигания… Удачи! Схема подключения датчика Холла В качестве примера использования, на картинке ниже показана электрическая цепь бесконтактной системы зажигания автомобиля, с преобразователем Холла. Существует несколько способов проверки исправности автомобильного датчика Холла.

Что такое датчик Холла и как он работает


На холостом ходу в работе двигателя появляются перебои и рывки. При выполнении этой операции будьте внимательны!

Именно он заметил, что если в созданное каким-то образом магнитное поле поместить металлическую пластину пот электрическим напряжением, то такие действия вызовут появление импульсов и электроны в этой пластине примут траекторию отклонения перпендикулярно направления самого магнитного потока. Обычно ток через транзистор датчика не должен превышать 20 мА. ЗЫ, в продаже встречал приблуду, вставляется между датчиком и проводкой, и светодиодом показывает момент срабатывания. Похожие статьи: autodont.

Полученная величина будет зависеть от силы поля и его полярности. Для этого достаточно разместить между пластинкой и магнитом движущийся экран с щелями в нём.
КАК РАБОТАЕТ ДАТЧИК ХОЛЛА [РадиолюбительTV 84]

Искать на сайте

Это и есть генератор Холла.

Все очень просто. Следующим этапом нам потребуется аккуратно отпаять ножки элемента от тестовой схемы и подключить его к стандартным контактам разъема.

Включаешь зажигание.

В схему датчика входит источник питания, преобразующий однополярное напряжение питания в двухполярное питание схемы. Вытяните штифт пассатижами. В исправном устройстве напряжение будет изменяться от 0,4 В до 11 В. Благодаря простым приемам автомобилист сэкономит свое время на ремонт, а также исключит ненужную трату денег.

Импульсы же возникают благодаря тому, что прорези идут не через одинаковое расстояние, а через разное, то есть они чередуются. Замена датчика: инструкция для автомобилистов Для установки нового датчика зажигания нужно правильно вынуть тот, который вышел из строя. Резисторы R1, R2 задают выходной ток нашего импульсного датчика.

Отсоедините крышку трамблера. Третий провод используется для передачи сигнала, полярность которого изменяется относительно общего провода питания. Подключите вольтметр к выходу датчика. Потребует применения такого датчика контроль оборотов выходных валов редукторов, контроль направления вращения двух и более синхронизируемых механизмов, учет расхода жидкости.

Датчики магнитного поля. Датчики Холла в схемах на МК

Еще раз проверяем работу тестером и на этом работа по ремонту датчика Холла можно считать завершенным. Если же невозможно установить исправный датчик, можно воспользоваться несложным устройством, которое будет дублировать его работу. Но наибольшее применение генератор Холла получил в автомобильной промышленности — для измерения положения распределительного и коленчатого валов, в качестве бесконтактного электронного зажигания и в других целях. Первые приборы получались довольно громоздкими и не очень эргономичными.

Применение неодимовых магнитов самых сильных постоянных магнитов позволяет уместить на диске достаточное количество малогабаритных магнитов. Обычно замена датчика Холла состоит из нескольких этапов: Прежде всего, трамблер снимается с машины. Также не стоит исключать из вида и другие неисправности системы зажигания , встречающиеся в автомобилях. Новый датчик Холла устанавливается в обратной последовательности. Наиболее легким способом считается замена прибора на исправный.
установка зажигания с датчиком холла на мотоцикле .БАШКИРИЯ СТЕРЛИТАМАК

Радиосхемы. — Датчик Холла SS526DT

материалы в категории

Датчик Холла SS526DT

Импульсный датчик скорости и направления вращения преобразует скорость и направление вращения деталей механизма в один электрический сигнал для последующего измерения и индикации параметров работы. Системы автоматического управления могут использовать датчик для включения в петлю обратной связи.

Информация, поступающая от датчика, необходима для формирования управляющих сигналов в системах регулирования и стабилизации параметров перемещения механических узлов автоматизированного объекта. Применения такого датчика требует контроль оборотов выходных валов редукторов, определение направления вращения двух и более синхронизируемых механизмов, учет расхода жидкости и многие другие приборы. Датчик использует всего три провода, с помощью которых подается питание и передается сигнал частоты и направления вращения в прибор системы автоматического управления. Датчик предназначен для применения в системах автоматизации поточных линий, транспортных системах и в других системах автоматического управления.

Технические характеристики микросхемы SS526DT

Измеряемая скорость вращения ….. 0,3…3000 об/мин
Температура эксплуатации ………… –25…+60 °С
Напряжение питания ……………….6,5…18 Вольт

Краткое описание работы датчика Холла

В основе работы датчика лежит преобразование перемещения в электрический сигнал которое выполняет компонент использующий эффект Холла – микросхема SS526DT производства компании Honeywell.

Микросхема содержит два полупроводниковых элемента, генерирующих разность потенциалов при воздействии магнитного поля. Она позволяет определить скорость и направление вращения. Информация об этих параметрах поступает от микросхемы SS526DT в схему датчика с двух соответствующих выходов в цифровом виде: скорости движения соответствует частота импульсов с выхода Speed (далее Скорость), направлению соответствует логический уровень на выходе Direction (далее Направление).

Конструкция датчика скорости и направления оборотов

Вращательное перемещение воспринимает вал датчика через закрепленную на нем шестерню. На валу расположен диск, в котором установлены постоянные магниты. Применение неодимовых магнитов (самых сильных постоянных магнитов) позволяет уместить на диске достаточное количество малогабаритных магнитов. Свойство неодимовых магнитов при малых габаритах создавать магнитное поле достаточной напряженности делает их оптимальными для применения в этой конструкции. Установлены магниты таким образом, что полюса магнитов чередуются, что необходимо для работы микросхемы SS526DT. Внутренняя схема SS526DT, имеющая в своем составе триггер, определяет направление движения благодаря смене полярности магнитного поля, которое создается постоянными магнитами. Чем больше магнитов установлено на диске, тем выше дискретность и, следовательно, увеличивается возможность регистрации медленных перемещений, т.е. чувствительность датчика становится выше. Микросхема SS526DT устанавливается на небольшой печатной плате, соединенной проводами с основной схемой датчика, элементы которой расположены на второй печатной плате большего размера. Перемещение полюсов магнитов происходит вдоль корпуса микросхемы SS526DT. Все элементы заключены в металлический защитный экранирующий кожух.

Схема электрическая принципиальная

С выхода датчика скорости и направления поступает сигнал, передающий информацию о скорости оборотов с помощью частоты импульсов, а информация о направлении вращения передается с помощью полярности импульсов.

Выходной сигнал:

Благодаря наличию в схеме датчика источника двуполярного напряжения питания выходной сигнал размахом 5 вольт может иметь отрицательную или положительную полярность.

Функциональная схема датчика скорости и направления оборотов:

Электрическая схема преобразует сигнал от датчика Холла в выходной сигнал датчика скорости и направления вращения, обеспечивая достаточную нагрузочную способность по току. Для минимизации помех, воздействующих на кабель импульсного датчика, сопротивление приёмника сигнала должно быть небольшим. Нужно, чтобы выходной ток датчика был достаточен для принимающего прибора в целях уменьшения влияния помех, искажающих передаваемую информацию. Питание датчика подается по двум проводам. Третий провод используется для передачи сигнала, полярность которого изменяется относительно общего провода питания. Датчик Холла формирует сигнал, несущий информацию о направлении вращения, который управляет переключателем К1. В зависимости от уровня сигнала переключатель К1 подает на переключатель К2 положительное или отрицательное напряжение. Сигнал скорости датчика Холла управляет переключателем К2. Частота сигнала Скорость, сформированного переключателем К2, соответствует половине количества магнитов, размещенных на диске датчика скорости и направления вращения.

Упрощенная схема включения датчика Холла

Логические элементы усиливают сигнал Направление, поступающий от датчика Холла. Логические элементы управляют светодиодами оптронов, один из которых работает на замыкание, а другой на размыкание. При низком логическом уровне сигнала Направление светодиоды оптронов не светятся. Также замкнуты контакты оптрона работающего на размыкание, на контакты оптрона сигнала Скорость подано напряжение + 5 вольт от встроенного двухполярного импульсного источника питания. При высоком логическом уровне сигнала Направление через светодиоды оптронов, управляющих полярностью выходного сигнала датчика скорости и направления вращения, проходит ток, положение контактов оптронов таково, что выходной оптрон подключается к напряжению минус 5 вольт. Сигнал Скорость через усиливающий логический элемент поступает на управление выходным оптроном. Под действием сигнала скорость с выхода датчика поступают импульсы, полярность которых задана сигналом Направление. Применение оптрона на выходе датчика позволяет увеличить нагрузочную способность, что дает возможность передавать сигнал увеличенным током для повышения помехоустойчивости.

На входе принимающего устройства сигнал дешифруется перед измерением частоты. С помощью сдвоенного оптрона в принимающем приборе сигнал, несущий информацию о скорости вращательного перемещения направляется на один из проводов, соответствующий направлению перемещения. Провода “Скорость вращения по часовой” и “Скорость вращения против часовой” подключаются к частотоизмерительным контурам схемы принимающего прибора. В зависимости от того, на каком проводе появляется сигнал, схема распознает направление перемещения. При включении светодиодов как указано на схеме работать будет только один оптрон в зависимости от полярности импульсов входящего сигнала Скорость/направление. Для увеличения помехозащищенности параллельно светодиодам можно подключить резисторы, увеличивающие ток, протекающий по проводу “Скорость/направление”.

Электрическая схема датчика скорости и направления оборотов

Рассмотренный порядок работы реализован в электрической схеме датчика скорости и направления вращения. Сигнал Направление поступает с выхода D микросхемы, использующей эффект Холла, DA2. Высокий логический уровень сигнала Направление преобразуется инвертором, входящим в состав микросхемы DD1, в низкий на выводе 12. Светодиод оптрона VK1.2 получает возможность работать при появлении высокого логического уровня на выводе 10 микросхемы DD1. Одновременно с этим запрещается работа светодиода оптрона VK1.1, так как на анод светодиода подано напряжение низкого логического уровня. Таким образом, благодаря соединению светодиодов оптронов с логическим элементом как изображено на схеме сигнал Направление устанавливает, через какой из оптронов будет проходить сигнал, поступающий с вывода 10 микросхемы DD1. Сигнал скорости оборотов поступает с выхода S микросхемы DA2 на вход инвертора микросхемы DD1. Высокий уровень импульсов, поступающих с вывода 10 микросхемы DD1, заставляет течь ток через резистор R4 и светодиод оптрона VK1.2. Функции оптронов разделяются следующим образом: оптрон VK1.1 формирует сигнал положительной полярности на контакте 3 клеммы XT1, оптрон VK1.2 – отрицательной. В схему датчика входит источник питания, преобразующий однополярное напряжение питания в двухполярное питание схемы. Конденсаторы, входящие в схему датчика, сглаживают помехи, уменьшая их влияние на формирование выходного сигнала. Резисторы R1, R2 задают выходной ток нашего импульсного датчика. Их номинал может быть переопределен в зависимости от входной цепи приёмника для их согласования. Схема использует один сдвоенный оптрон VK1, что позволяет сократить площадь печатной платы и сформировать сигналы Скорость и Направление вращения, используя один компонент.

Радиодетали в схеме

Параметры импульсного датчика во многом обуславливают примененные компоненты его электрической схемы. Диапазон изменения напряжения питания, при котором способен работать датчик скорости и направления вращения обуславливает преобразователь напряжения DA1. Верхний предел измерения скорости вращения зависит от быстродействия оптрона VK1. Применение конденсаторов с наименьшим тангенсом угла потерь сочетание конденсаторов с различными типами диэлектрика использование последних разработок в области конденсаторов позволяет добиться наиболее высоких результатов. При чрезмерном увеличении емкости существует опасность “перегрузить” преобразователь напряжения DA1, что приведет к срабатыванию защиты по току в момент подачи питания и схема “не будет подавать признаков жизни”. При выборе типа оптореле VK1 оценивается его быстродействие и частота импульсов, поступающих на вход оптореле. Правильный выбор VK1 позволит уменьшить стоимость датчика. Микросхема DD1 выполняет функцию простейшего усилителя по току и может быть заменена другой микросхемой. Клемма XT1 предназначенная для монтажа на печатную плату, может быть заменена на другой элемент разъемного соединения.

C1…C3 Конденсатор EMR 47 мкФ 50 В ф. Hitano

C4…C6 Конденсатор SMD 0805 2,2 мкФ 16 В

DA1 Преобразователь напряжения TMR 3-1221WI ф. Traco power

DA2 Микросхема SS526DT ф. Honeywell

DD1 Микросхема КР1533ЛН1

R1, R2 Резистор 300 Ом ±5%

R3, R4 Резистор 180 Ом ±5%

VK1 Оптореле 249КП10АР

ХТ1 Клемма LMI 107 203 51

Модифицирование импульсного датчика в зависимости от скорости вращения

Для различных применений требуется измерять различные диапазоны изменения скорости вращения, меняются требования к скорости определения смены направления вращения. Возможно применение датчика для скоростей 1 оборот в минуту и менее. При таких скоростях нужно увеличивать количество магнитов на диске, применять магниты с наименьшими габаритами и уменьшать зазор между микросхемой DA2 и плоскостью диска. Если скорости 5000 и более оборотов в минуту количество магнитов можно уменьшить. При этом наибольшая измеряемая скорость ограничена только конструктивными особенностями датчика. При уменьшении количества магнитов уменьшаются требования к наивысшей рабочей частоте компонентов схемы.

Источник: http://mikrocxema.ru/

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:

[email protected]

 

 

Что такое датчик Холла?

Датчик Холла (датчик положения) представляет собой датчик магнитного поля. Работа устройства основана на эффекте Холла. Данный эффект основан на следующем принципе: если поместить определенный проводник с постоянным током в магнитное поле, то в таком проводнике возникает поперечная разность потенциалов (напряжение Холла). Другими словами, устройство служит для измерения напряжённости магнитного поля. Сегодня датчик Холла может быть как аналоговым, так и цифровым.

Сфера применения датчиков Холла очень широка. Устройство используется в таких схемах, где требуется бесконтактное измерение силы тока. Что касается автомобилей, датчик Холла служит для измерения угла положения распределительного или коленчатого вала, а также нашел свое применение в системе зажигания, указывая на момент образования искры. 

Содержание статьи

Как работает датчик Холла

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

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

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

Простейший датчик состоит из:

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

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

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

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

Рекомендуем также прочитать статью об устройстве топливного электробензонасоса, а также о механическом решении. Из этой статьи вы узнаете о назначении, конструктивных особенностях и принципах работы данных устройств.

Аналоговые и цифровые решения

Датчики на основе эффекта Холла фиксируют разницу потенциалов. Аналоговое решение, рассмотренное выше, основано на преобразовании индукции поля в напряжение с учетом полярности и силы поля.

Принцип работы цифрового датчика состоит в фиксации присутствия или отсутствие поля. В случае достижения индукцией определенного показателя датчик отмечает наличие поля. Если индукция не соответствует необходимому показателю, тогда цифровой датчик показывает отсутствие поля. Чувствительность датчика определяется его способностью фиксировать поле при той или иной индукции. 

Цифровой датчик Холла может быть биполярным и униполярным. В первом случае срабатывание и отключение устройства происходит посредством смены полярности. Во втором случае включение происходит при появлении поля, отключается датчик в результате того, что индукция снижается.

Самостоятельная проверка устройства

Активное использование данного устройства в автомобилях означает, что при появлении определенных неисправностей или сбоев в работе ДВС может возникнуть острая необходимость проверить датчик Холла своими руками.

Перед началом работ по отсоединению разъема кабеля, который подключен к устройству, следует обязательно выключать зажигание!

Игнорирование данного правила может вывести датчик Холла из строя. Необходимо добавить, что проверка устройства при помощи контрольной лампы также недопустима.

  1. Одним из самых быстрых способов проверки является установка заведомо исправного подменного датчика на автомобиль. Если признаки неисправности после установки исчезают, тогда причина очевидна.
  2. Вторым способом, который подойдет для проверки датчика в системе зажигания, является проверка наличия искры в момент включения зажигания. Дополнительно потребуется осуществить подсоединение концов провода к нужным выходам на коммутаторе.
  3. Для максимально точной диагностики устройство лучше всего поверять при помощи осциллографа. Также в определенных условиях датчик проверяют при помощи мультиметра. Указанный мультиметр переводят в режим вольтметра, после чего подсоединяют к выходному контакту на датчике. Рабочий датчик Холла выдаст показания от 0.4 Вольт до 3-х. Если показания ниже минимального порога, тогда высока вероятность выхода датчика из строя.

Читайте также

Использование ратиометрических датчиков Холла

by Lewis Loflin

Логометрический датчик на эффекте Холла выдает аналоговое напряжение, пропорциональное напряженности магнитного поля. Я буду использовать здесь UGN3503 и Texas Instruments TL173C.

Оба являются униполярными устройствами, одно работает от 5 В, а другое от 12 В соответственно. Без приложенного магнитного поля выходное напряжение составляет примерно половину напряжения питания.

Напряжение будет увеличиваться с южным магнитным полюсом на грани или уменьшаться с северным магнитным полюсом на грани.

Логометрический датчик на эффекте Холла демонстрируется во второй трети приведенного выше видео.

Спецификации в PDF: TL173C и UGN3503.

На рисунке выше показаны типичные выводы трехпроводных датчиков Холла. Логометрический датчик вместо включения или выключения выводит напряжение от почти нуля до почти VCC, пропорционального силе магнитного поля и магнитной полярности.

С учетом магнитов

Магнитное поле, обычно создаваемое редкоземельными магнитами, может превышать 1.4 тесла, тогда как ферритовые или керамические магниты обычно демонстрируют поля от 0,5 до 1 тесла. Тесла назван в честь изобретателя, физика и инженера-электрика Николы Тесла. Меньшая единица магнитного поля — это Гаусс (1 тесла = 10000 Гаусс):

10 -9 — 10 -8 гаусс: магнитное поле человеческого мозга;
0,31-0,58 гаусс: магнитное поле Земли на ее поверхности;
25 гаусс: магнитное поле Земли в ее ядре;
50 гаусс: типичный магнит на холодильник;
100 гаусс: небольшой железный магнит;
2000 гаусс: небольшой неодим-железо-борный магнит (NIB);
15 000–30 000 гаусс: электромагнит для медицинской магнитно-резонансной томографии.

Выше исх. Вики. Чтобы узнать больше о редкоземельных магнитах в целом, посетите www.rare-earth-magnets.com. Магниты можно штабелировать (с N на S), чтобы сформировать более мощный магнит.

Рассмотрим технические характеристики датчика Холла TL173C компании Texas Instruments. При нулевом гауссе выходное напряжение составляет 6 вольт. При 50 мТл (1/1000 Тесла = 10 гаусс или 500 гаусс в сумме) выходное напряжение составляет 7 вольт. Это на южном полюсе магнита. На 50 мТл. (500 гаусс) выходное напряжение 5 вольт с северного полюса.

Обратите внимание, что в традиционной теории магнитный поток течет с севера на юг. Положительный — юг, отрицательный — север. Таким образом, -50 мТл — это -500 гаусс северной полярности.

Мы также можем использовать электромагниты.

Мы можем использовать приведенную выше схему для чтения выходного сигнала датчика. Показания напряжения дадут нам представление о полярности и силе магнита. Это открывает путь к ряду интересных применений этих датчиков. Давайте посмотрим на несколько.

Калиброванный линейный прибор Холла в этом примере будет измерять ток через провод.Чем выше ток, тем сильнее магнитное поле и, следовательно, выше выходное напряжение.

Использование компаратора

На изображении выше мы подключили датчик к LM358, используемому в качестве дифференциального усилителя, питающего компаратор LM311. Мы можем настроить потенциометры, чтобы установить точку срабатывания на выходе. В отличие от стандартного переключателя на эффекте Холла, мы можем изменять чувствительность. LM311 имеет выход с открытым коллектором и может управлять любым количеством небольших реле, оптопар и т. Д.

Хотя это схема на 12 В, обратите внимание на подтягивающий резистор, подключенный к TP4 и подключенный к 5 В.

См. Также информацию о компараторе напряжения и схемах

Схема также будет работать при 5 В, но вместо этого используйте UGN3503 или другой датчик на 5 В. В случае UGN3503 отключите его от 5-вольтного кабеля и при желании используйте 6-вольтовый для большей чувствительности.


Внутри типичного трехконтактного ратиометрического датчика Холла.

Веб-сайт Авторские права Льюис Лофлин, Все права защищены.
Если вы используете этот материал на другом сайте, пожалуйста, дайте обратную ссылку на мой сайт.

Использование датчиков Холла для определения переменного тока


Разностный усилитель , используемый с датчиком Холла

, Льюис Лофлин


Здравствуйте, у меня возникла проблема с чтением данных с датчика эффекта Холла на Arduino. Проблема не в том, что я не могу прочитать данные, а в том, что когда я включаю устройство, которое я пытаюсь прочитать, ток моих напряжений будет колебаться выше и ниже нулевого напряжения.Мне было интересно, был ли у них способ получить только положительное напряжение и максимальное значение. Спасибо за уделенное время.

Я купил плату датчика Холла с датчиком ACS714T и подключил ее последовательно с проводом HOT, идущим от розетки переменного тока к моему устройству. Буду очень признателен за любую помощь. Я включил изображение получаемых значений, и я ничего не меняю, просто включаю устройство и оставляю его включенным. Напряжение нулевого тока составляет 2,5 Вольта.

Рикардо


ACS712T внутренняя схема.

У меня есть похожий блок, использующий ACS712T, который почти идентичен. Оба являются датчиками ратиометрического типа. Устройства на эффекте Холла предназначены для постоянного тока, а не для переменного тока как такового. Устройства, изготовленные для однополярности, производят центральное напряжение 2,5 В (при условии, что единица измерения 5 В) без магнитного поля.

Использование переменного магнитного поля просто создает синусоидальную волну от пика до пика напряжением около 4 В (при максимальном токе) с центром в 2,5 В. При подключении вольтметра постоянного тока будет отображаться только 2,5 вольта, но при настройке переменного тока можно прочитать, скажем, 1.4 вольта переменного тока в лучшем случае. Все это не очень хорошо.

Можно использовать конденсатор для блокировки 2,5 В постоянного тока, затем выпрямить переменный ток с помощью диода и отфильтровать оставшийся сигнал переменного тока. Это оставит небольшое напряжение, которое, скажем, мало пригодно для считывания аналого-цифрового преобразователя.

Вышеупомянутая схема решает все эти проблемы, снимая 2,5 В с выхода и обеспечивая усиление сигнала постоянного тока. Он также компенсирует потерю напряжения при использовании диода и может быть отрегулирован.

Я выбрал LM358, потому что он работает от 5 вольт и использует одно напряжение питания.

Используя приведенные выше значения без приложения магнитного поля к моему ACS712T и его выходу, подключенному к TP3, я измерил 2,5 вольта. На TP1 я измерил 0 вольт, а R6 отрегулирован примерно на 1,4 вольта на TP2.

При использовании постоянного магнита (южный полюс приложен к нижней части платы) выходное напряжение достигло 2,8 вольт. (Диапазон от 0 до 2,8 В.) Поменяйте местами магнит и 0 вольт на выходе. При использовании переменного тока выберите значения для R5 и C1, чтобы получить чистый выход постоянного тока с небольшими колебаниями переменного тока, измеренными вольтметром переменного тока.4,7 кОм и 0,1 мкФ должны работать. Для более быстрого отклика уменьшите значение C1.

Эта схема также была протестирована с 3-контактным устройством UGN3503U с аналогичными результатами.

Веб-сайт Авторские права Льюис Лофлин, Все права защищены.
Если вы используете этот материал на другом сайте, пожалуйста, дайте обратную ссылку на мой сайт.

Цепь многоцелевого датчика на эффекте Холла

Датчик Холла

реагирует на магнитное поле и меняет свой выходной сигнал в зависимости от полярности магнита и напряженности магнитного поля, которые все еще используются во многих приложениях. Используя этот тип датчика, мы можем создать многоцелевую схему датчика Холла.


Здесь взят датчик на эффекте Холла DRV5013 от Texas Instruments, это цифровой датчик Холла с защелкой, работающий в широком диапазоне напряжений (от 2,5 до 38 В) и обеспечивающий биполярное переключение, он имеет защиту от обратного питания до -22 В, а также короткое замыкание на выходе. защита цепи с функцией ограничения тока. DRV5013 доступен в корпусах для монтажа в сквозное отверстие и на поверхность.

DRV5013 Распиновка

Этот датчик на эффекте Холла имеет всего три контакта и изготавливается небольшого размера, поэтому его можно легко использовать в конструкции ручных электроинструментов, электроинструментов, тахометров, клапанов, соленоидов и т. Д..

Это состояние выхода датчика зависит от магнитного поля, перпендикулярного корпусу, здесь южный полюс около передней стороны (отмеченная сторона упаковки) вызывает низкий уровень выходного сигнала. Убедитесь, что южный полюс магнита направлен к датчику.

В этой статье разработаны две разные схемы приложений на основе датчика Холла DRV5013. Он может быть изменен на любой магнитный датчик и выключатель или цепь аварийной сигнализации (многоцелевой ..).

1. Переключатель датчика Холла

В этой схеме можно управлять любой нагрузкой в ​​зависимости от выхода датчика Холла. К выходному каскаду датчика Холла подключено реле SPDT.Когда южный полюс магнита появляется рядом с DRV5013, тогда на выходе становится низкий уровень, это заставляет транзистор Q1 открываться, и, следовательно, питание + ve достигает базы транзистора Q2 через резистор R3. Транзистор Q2 замыкается при появлении смещения базы. Затем светодиод и реле получают питание и переходят в состояние ВКЛ.

2. Цепь сигнализации датчика Холла

Эта схема работает так же, как и предыдущая, но на выходном каскаде зуммер размещен для подачи звукового сигнала. Эта схема может использоваться как сигнализация открытия двери, сигнализация открытия ящика стола, сигнализация объекта и т. Д.

Далее

DRV5013 Лист данных

Датчики на эффекте Холла — Физические вычисления

Содержание

  1. Введение
  2. Эффект Холла
  3. Датчики на эффекте Холла
    1. Приложения для датчиков на эффекте Холла
    2. Аналоговые vs.двоичный выход
      1. Аналоговые датчики Холла
      2. Двоичные (переключательные) датчики Холла
    3. Герконы
    4. Датчик Холла DRV5055
      1. Подключение DRV5055
      2. Отклик датчика на магнитное поле
  4. Давайте сделаем вещи
  5. Сделаем волшебный магнитный осветлитель для светодиодов
    1. Workbench video
    2. Улучшение схемы
  6. Сделаем на основе Arduino волшебный магнитный осветлитель для светодиодов
    1. Схема Arduino на эффекте Холла
    2. Код
    3. Workbench video
    4. Ссылки
    5. Видео
    6. Ссылки

    В этом уроке вы узнаете о двух типах магнитных датчиков: датчиках Холла и герконовых переключателях.Затем вы будете использовать датчик Холла DRV5055 для создания простой схемы светодиода с автосветлением сначала без, а затем с микроконтроллером.

    Введение

    Магнитные датчики, такие как герконы и датчики на эффекте Холла, реагируют на присутствие магнитного поля. Это действительно повсеместные датчики, которые можно найти во всем, от автомобильных цепей управления и систем управления жидкостями до электронных устройств, таких как сотовые телефоны и компьютеры. В то время как герконы являются электромеханическими: два внутренних контакта физически закрыты, когда правильно ориентированное магнитное поле находится в пределах диапазона, датчики эффекта Холла являются твердотельными (без движущихся частей) преобразователями: они преобразуют магнитную энергию в электрическую и могут либо использоваться как аналоговые датчики или переключатели.

    Ключевым преимуществом датчиков на основе магнита является то, что сам магнит не требует питания и даже может быть полностью заключен в движущуюся часть, такую ​​как окно, колесо, турбина, и т. Д. Например, Велотахометр работает путем прикрепления магнита к колесу велосипеда (которое вращается), в то время как датчик Холла или герконовый переключатель прикреплен к вилке колеса и используется микроконтроллером для подсчета оборотов. Магнитные датчики также обычно используются для отслеживания вращения в электродвигателях постоянного тока, которые уже содержат магниты для питания двигателя.

    Два примера системы слежения за колесами велосипеда (слева и посередине) вместе со спидометром велосипеда. Как правило, эти системы сделаны с датчиками Холла или герконовыми переключателями для измерения оборотов колес, которые преобразуются в расстояние и скорость с помощью небольшого компьютера с дисплеем (часто устанавливаемого на руле). Примечание: чтобы использовать эту систему, велосипедист должен сначала выполнить этап калибровки, переместив колесо на заданное расстояние (тем самым предоставив необходимые данные для преобразования числа оборотов в расстояние).

    Эффект Холла

    Как взаимодействуют электрические и магнитные поля? Возможно, вы помните, что электрический ток создает магнитное поле (вспомните правило правой руки из школьной физики). Но влияет ли магнитное поле на ток? Да!

    Электричество и магнетизм давно привлекали внимание людей, но считались отдельными явлениями. Лишь в конце 19 века, когда Джеймс Максвелл опубликовал Трактат об электричестве и магнетизме , электричество и магнетизм были объединены в одну взаимосвязанную силу: электромагнетизм.Но остались ключевые вопросы, в том числе, наиболее актуальные для нас: как магниты взаимодействуют с электрическим током ?

    Войдите в Эдвин Холл. Будучи аспирантом Университета Джонса Хопкинса в 1879 году, Холл открыл «эффект Холла», который представляет собой возникновение небольшой разности напряжений на электрическом проводнике , поперечном к электрическому току при приложении магнитного поля (Википедия). Этот анимационный ролик от «How to Mechatronics» помогает продемонстрировать эффект. Когда вводится магнит, он отталкивает отрицательные заряды к одной стороне проводника, создавая асимметричное распределение заряда (перпендикулярно току) на проводнике.Это разделение зарядов создает новое электрическое поле с небольшим электрическим потенциалом (часто в милливольтах), которое можно измерить с помощью мультиметра или аналогичного устройства.

    Анимация из «How to Mechatronics»

    Обратите внимание, что хотя анимация показывает прекращение тока через проводник во время эффекта Холла, это не так. Ток продолжает течь даже в присутствии магнитного поля. Анимация также не показывает, что при переворачивании магнита эффект Холла также меняется на противоположный: отрицательные и положительные заряды смещаются к противоположным сторонам проводника (и, опять же, это смещение составляет поперек потока ).

    Запутались? Это нормально!

    Чтобы лучше понять эффект Холла, посмотрите это 5-минутное видео профессора Боули из Ноттингемского университета. Он предлагает прекрасный набор визуальных экспериментов и объяснений (лучшее из того, что мы видели), которые должны прояснить ситуацию:

    В этом замечательном видео из Ноттингемского университета профессор Боули объясняет физику эффекта Холла.

    Датчики на эффекте Холла

    Датчики на эффекте Холла используют «эффект Холла» для измерения величины ближнего магнитного поля.Точнее, датчики на эффекте Холла измеряют «магнитный поток» (\ (Φ \)), который представляет собой полное магнитное поле \ (\ vec {B} \), проходящее через заданную область \ (\ vec {A} \) (где A — площадь чувствительного элемента, перпендикулярная магнитному полю): \ (Φ = \ vec {B} \ cdot \ vec {A} \). В то время как индуктивные датчики реагируют на изменение магнитного поля , одним из преимуществ датчиков на эффекте Холла является то, что они работают со статическими (неизменяющимися) полями. Итак, датчик на эффекте Холла может реагировать на магнит, даже если он не движется.

    Моделирование магнитного потока магнита NdFeB.Изображение из таблицы данных датчика Холла DRV5055.

    Поскольку векторы магнитного поля текут от северного полюса магнита к южному, магнитный поток будет изменяться в зависимости от ориентации магнита на датчик эффекта Холла. Величина магнитного потока максимальна, когда полюса магнита перпендикулярны датчику. Чтобы узнать больше о магнитном потоке, см. Этот урок Академии Хана.

    Приложения для датчиков на эффекте Холла

    Датчики на эффекте Холла используются в различных потребительских и промышленных приложениях, от автомобильной промышленности до контроля жидкостей и автоматизации зданий.Некоторые приложения, такие как определение положения сиденья и ремня безопасности, используют датчики эффекта Холла для определения местоположения объектов, в то время как другие используют датчики эффекта Холла для бесконтактных измерений постоянного тока (измерение индуцированного магнитного поля током через провод). Только современные автомобильные автомобили содержат 10 или более датчиков на эффекте Холла для всего, от определения положения стеклоочистителя до педалей тормоза и газа до системы зажигания (Landuyt et al., SPLC’14).

    В своем справочнике по датчикам Холла Honeywell предлагает десятки идей по применению:

    Подмножество идей по применению датчиков Холла, представленных в справочнике Honeywell.

    Сравнение аналогового и двоичного выхода

    Датчики на эффекте Холла могут обеспечивать либо аналоговый выход , либо двоичный выход . В любом случае это активные датчики с тремя контактами (\ (V_ {CC} \), \ (GND \) и \ (Out \)).

    Аналоговые датчики на эффекте Холла

    В предыдущих уроках мы рассмотрели резистивные датчики, такие как силовые резисторы и фоторезисторы, которые изменяют свое сопротивление в зависимости от внешнего воздействия. Напротив, аналоговый датчик на эффекте Холла выдает переменное напряжение .Это напряжение прямо пропорционально измеренной плотности магнитного потока.

    Двоичные (переключательные) датчики на эффекте Холла

    Некоторые датчики на эффекте Холла действуют как выключатели: либо включены (при наличии достаточно сильного магнитного поля), либо выключены (в противном случае). Например, US5881LUA, продаваемый Adafruit, обычно имеет значение HIGH , но переключается на LOW при наличии магнитного полюса к югу от . Некоторые переключатели на эффекте Холла представляют собой переключатели с защелкой , которые остаются в активированном состоянии даже при удалении магнита.Например, датчик Холла с фиксацией US1881 переключается на HIGH при наличии магнитного полюса север, , но остается в этом состоянии даже после удаления магнита и до тех пор, пока не будет обнаружен магнитный полюс южный .

    Для создания двоичного выхода эти датчики на эффекте Холла имеют дополнительный внутренний элемент, называемый триггером Шмитта, подключенный к аналоговому выходу, который преобразует внутренний аналоговый выходной сигнал во внешний цифровой выход ( HIGH или LOW ).Смотрите это видео от «How to Mechatronics».

    Герконовые переключатели

    Изображение из Википедии.

    Хотя некоторые датчики на эффекте Холла выдают двоичный сигнал ( HIGH или LOW ) и, таким образом, могут работать как переключатели, их не следует путать с герконами, которые являются электромеханическими устройствами . В герконовом переключателе два ферромагнитных металлических контакта замыкаются в присутствии магнитного поля (в противном случае они нормально разомкнуты). Поскольку геркон — это механическое устройство, контакты переключателя могут со временем изнашиваться.Смотрите анимацию ниже.

    Анимация язычкового переключателя Видео активации замедленного движения

    Видео активации замедленного движения взято из Википедии.

    Геркон — это пассивный датчик: его контакты замыкаются в присутствии магнитного поля независимо от того, включен ли он в цепь. В отличие от датчиков на эффекте Холла герконы нечувствительны к полярности магнитного поля; однако магнитное поле должно быть параллельно тростнику — либо с севера на юг, либо с юга на север.См. Рисунок ниже.

    С датчиком на эффекте Холла плотность магнитного потока, проходящего через датчик, максимизируется, когда магнитный полюс направлен прямо на датчик. При использовании геркона магнитные полюса должны быть параллельны датчику. Изображение получено из KJMagnetics.

    Вот видео, демонстрирующее работу герконского переключателя с тремя разными магнитами от K&J Magnetics:

    Датчик Холла DRV5055

    В наши комплекты оборудования мы предоставляем ратиометрический линейный датчик Холла DRV5055 от Texas Instruments (TI), который изменяет свое выходное напряжение пропорционально плотности магнитного потока.Ратиометрический означает, что выходное напряжение датчика пропорционально напряжению питания (\ (V_ {CC} \)).

    DRV5055 может работать с источниками питания как 3,3 В, так и 5 В (с допуском +/- 10%). Датчик может быть дискретизирован на частоте 20 кГц. Чтобы обеспечить надежное выходное напряжение в широком диапазоне условий развертывания, микросхема DRV5055 включает схемы температурной компенсации, компенсации механических напряжений, преобразования сигнала и усиления. Таким образом, несмотря на небольшой размер, в этот аппарат встроено значительное количество сложного оборудования.

    Доступны два пакета: корпус SOT-23 для поверхностного монтажа (левый рисунок ниже) и корпус TO-92 (справа). Мы будем использовать пакет для сквозных отверстий (TO-92).

    Два блока DRV5055 с конфигурацией контактов и расположением элемента Холла помечены красным цветом (в центре датчика)

    Подключение DRV5055

    Для использования датчика подключите ножку 1 к \ (V_ {CC} \) * , Ножку 2 к \ (GND \) и ножку 3 к контакту аналогового входа на вашем Arduino (скажем, A0 ).

    * TI рекомендует подключить вывод 1 к керамическому конденсатору с заземлением номиналом не менее 0,01 мкФ. Он называется развязывающим конденсатором (или байпасным конденсатором) и является обычным дополнением, помогающим сгладить подачу напряжения во время работы датчика. См. Схему подключения ниже. Хотя это не является абсолютно необходимым (а у некоторых из вас может не быть доступа к керамическим конденсаторам), это рекомендуется (это повысит производительность и надежность). Чтобы увидеть эффект добавления развязывающего конденсатора на подачу напряжения на микросхему, посмотрите это видео.Дэйв Джонс из EEVblog также дает хороший урок на доске (ссылка).

    Мы включили две эквивалентные схемы подключения Arduino. На левой диаграмме изображена макетная плата, что, по нашему мнению, может немного сбить с толку тех, кто все еще знаком с макетными платами. На средней схеме такая же разводка, но без макета. Схема справа скопирована / вставлена ​​непосредственно из таблицы данных DRV5055.

    Отклик датчика на магнитное поле

    Итак, как выходной вывод DRV5055 (ножка 3) реагирует на магнитное поле?

    Когда магнитное поле отсутствует, аналоговый выход управляет половиной \ (V_ {cc} \).Итак, на Arduino Uno analogRead (A0) вернет 512 (1023/2) в состоянии по умолчанию (без магнита). Выходной сигнал датчика будет линейно изменяться в зависимости от приложенной плотности магнитного потока. Если южный полюс магнита обращен к датчику, аналоговый выход будет увеличиваться между \ (V_ {cc} / 2 \) — \ (V_ {cc} \). Если северный полюс обращен к датчику, выходное напряжение уменьшится с \ (V_ {cc} / 2 \)) до 0 В. См. График магнитного отклика ниже и раздел 7.3.2 таблицы данных DRV5055.

    График магнитного отклика датчика Холла DRV5055. На диаграмме справа показан южный полюс магнита, перпендикулярный чувствительной поверхности, что приведет к положительному значению \ (\ vec {B} \) и аналоговому выходному напряжению> \ (V_ {cc} / 2 \). Если ориентация магнита перевернута так, что северный полюс обращен к датчику, то \ (\ vec {B} \) будет отрицательным, а аналоговое выходное напряжение будет находиться в диапазоне от 0 до \ (V_ {cc} / 2 \) .

    Давайте сделаем вещи

    Сначала мы собираемся использовать датчик на эффекте Холла в «голой» схеме без микроконтроллера, а затем мы покажем, как использовать датчик с Arduino.

    Сделайте волшебный магнитный осветлитель для светодиодов

    Давайте воспользуемся датчиком Холла для автоматического изменения яркости нашего светодиода. Напомним, что \ (V_ {out} \) увеличивается по мере приближения южного полюса магнита и \ (V_ {out} \) уменьшается по мере приближения к северному полюсу. Давайте воспользуемся этим свойством для управления яркостью нашего светодиода.

    Даже с этой простой схемой есть много творческих возможностей: представьте себе свет Гарри Поттера, который включается только тогда, когда волшебная палочка приближается (свет будет содержать датчик эффекта Холла, а палочка — магнит).

    В таблице данных DRV5055 указано, что максимальный непрерывный выходной ток составляет 1 мА. Используя закон Ома, мы можем рассчитать безопасное значение сопротивления для токоограничивающего резистора, чтобы светодиод не потреблял слишком большой ток. \ (I = \ frac {V_ {cc} — V_f} {R} \ to 1mA = \ frac {5V-2V} {R} \ to R = \ frac {3V} {0.001A} = 3000Ω \). Итак, мы будем использовать 3,3 кОм.

    Мы включили две схемы подключения: слева предложенная схема подключения по спецификации DRV5055 с разделительным конденсатором, а справа такая же проводка, но без конденсатора.Оба будут работать одинаково для наших целей, поэтому, если у вас нет под рукой конденсатора, просто сделайте схему справа.

    Видео рабочего места

    А вот видео рабочего места, демонстрирующее схему (без конденсатора). Вторая половина видео включает в себя два мультиметра: один для измерения тока в цепи, а другой — для измерения выходного напряжения датчика Холла.

    Мой голос звучит довольно тихо, так как я записал видео рано утром и не хотел беспокоить свой дом! : D

    Улучшение схемы

    Что, если бы мы хотели подавать более 1 мА через наш светодиод? У нас есть два варианта:

    1. Как и в случае с нашей схемой фоторезистора, мы можем изменить нашу схему, чтобы использовать транзистор .В этом случае выход датчика Холла будет подключен к транзистору, который будет контролировать ток через наш светодиод. Если у вас есть транзистор, не стесняйтесь попробовать это!
    2. Мы могли бы перейти к использованию микроконтроллера, что мы и собираемся сделать!

    Сделайте волшебный магнитный осветлитель для светодиодов на основе Arduino

    Давайте адаптируем нашу схему для использования Arduino. Мы сделаем одну схему для считывания показаний датчика Холла на A0 , а другую схему для включения и автоматического увеличения яркости светодиода с помощью ШИМ (через контакт 3 GPIO).

    Схема Arduino на эффекте Холла

    Ниже мы приводим две схемы подключения: одна с разделительным конденсатором (0,01 мкФ), а другая без. Разделительный конденсатор необходим для обеспечения постоянного напряжения питания во время работы датчика Холла; однако это не обязательно для простого прототипирования и обучения.

    Код

    Наш код — это самый простой вариант. Мы просто считываем выходное напряжение датчика Холла на A0 и напрямую переводим его на выход ШИМ светодиода.Напомним, что датчик на эффекте Холла выдает \ (V_ {cc} / 2 \), когда магнит отсутствует. Таким образом, светодиод «наполовину включен» ( analogWrite (LED_PIN, 128) ) без магнита, полностью яркий, когда южный полюс обращен прямо перед датчиком, и полностью выключен, когда северный полюс смотрит прямо. перед датчиком.

    Одна простая модификация, которую вы можете попробовать: когда магнит отсутствует, выключите светодиод. При обнаружении южного или северного полюса магнитного поля соответственно увеличьте яркость светодиода.

    Workbench video

    Ссылки

    Видео

    Цитаты

    Димитри Ван Ландуйт, Стивен Оп де Бек, Арам Овсепян, Сэм Мичилс, Воутер Джоузен, Свен Мейнкенс, Гьяльват де Джонг. 2014. На пути к управлению изменчивостью в конструкции безопасности автомобильного датчика Холла. В материалах 18-й Международной конференции по линейке программных продуктов — Том 1 (SPLC ’14). Ассоциация вычислительной техники, Нью-Йорк, Нью-Йорк, США, 304–309.DOI: https: //doi.org/10.1145/2648511.2648546


    Все материалы с открытым исходным кодом созданы лабораторией Makeability Lab и профессором Джоном Э. Фрелихом. Нашли ошибку? Отправьте сообщение о проблеме на GitHub.

    Понимание и применение эффекта Холла

    Эффект Холла был открыт Эдвином Холлом в 1879 году, но прошло много лет до того, как технологические разработки позволили интегральным схемам в полной мере использовать это явление. Сегодня микросхемы датчиков на эффекте Холла предлагают удобный способ достижения точных измерений тока с сохранением гальванической развязки между измеряемым путем тока и измерительной цепью.

    Рекомендуемый уровень

    Начинающий

    От Лоренца до Холла

    Эффект Холла является продолжением силы Лоренца, которая описывает силу, действующую на заряженную частицу, например электрон, движущуюся в магнитном поле. Если магнитное поле ориентировано перпендикулярно направлению движения электрона, на электрон действует сила, перпендикулярная как направлению движения, так и ориентации магнитного поля.

    Эффект Холла относится к ситуации, в которой сила Лоренца действует на электроны, движущиеся через проводник, так что между двумя сторонами проводника возникает разность электрических потенциалов — другими словами, напряжение.

    Обратите внимание, что стрелки на этой второй диаграмме указывают направление обычного потока тока, что означает, что электроны движутся в противоположном направлении. Направление силы Лоренца определяется правилом правой руки, которое учитывает направление, в котором движется электрон относительно магнитного поля. На первой диаграмме электрон движется вправо, а сила Лоренца направлена ​​вверх. На второй диаграмме, когда электроны движутся влево, сила Лоренца направлена ​​вниз, и, таким образом, отрицательный заряд накапливается к нижнему краю проводника.В результате возникает разность потенциалов между верхним и нижним краем проводника, причем верхний край более положительный, чем нижний край. Эта разность потенциалов называется напряжением Холла:

    .
    $$ V_ {Hall} = — \ frac {IB} {eρt} $$

    Это уравнение, которое применяется к токопроводящей пластине, говорит нам, что напряжение Холла связано с амплитудой тока, протекающего по проводнику (I), напряженностью магнитного поля (B), зарядом элементарного электрона (e), количество электронов в единице объема (ρ) и толщина пластины (t).

    Использование эффекта Холла

    Напряжения, генерируемые эффектом Холла, малы по сравнению с шумами, смещениями и температурными эффектами, которые обычно влияют на схему, и поэтому практические датчики, основанные на эффекте Холла, не были широко распространены до тех пор, пока не появились достижения в полупроводниковой технологии. позволили создать компоненты с высокой степенью интеграции, которые включают элемент Холла и дополнительные схемы, необходимые для усиления и кондиционирования напряжения Холла. Тем не менее, датчики на эффекте Холла ограничены в своей способности измерять малые токи.Например, ACS712 от Allegro MicroSystems имеет чувствительность 185 мВ / А. Это означает, что ток 10 мА даст выходное напряжение всего 1,85 мВ. Это напряжение может быть приемлемым, если схема имеет низкий уровень шума, но если бы в цепь тока можно было включить резистор 2 Ом, результирующее выходное напряжение 20 мВ было бы значительным улучшением.

    Эффект Холла применим к множеству сенсорных приложений; устройства, основанные на этой относительно простой взаимосвязи между током, магнитным полем и напряжением, могут использоваться для измерения положения, скорости и напряженности магнитного поля.В этой статье, однако, мы сосредоточимся на устройствах, которые измеряют ток через напряжение Холла, генерируемое, когда магнитное поле, индуцированное измеряемым током, концентрируется в направлении интегрированного элемента с эффектом Холла.

    Плюсы и минусы

    Рабочие характеристики варьируются от одного датчика тока к датчику на эффекте Холла, поэтому трудно точно суммировать преимущества и недостатки измерения эффекта Холла по сравнению с другими распространенными методами измерения тока; а именно, вставив прецизионный резистор в путь прохождения тока и измерив результирующее падение напряжения с помощью дифференциального усилителя.В целом, однако, датчики на эффекте Холла ценятся за то, что они «ненавязчивы» и обеспечивают гальваническую развязку между током и измерительной цепью. Эти устройства считаются ненавязчивыми, потому что на пути тока не возникает значительного сопротивления, и, таким образом, измеряемая цепь ведет себя почти так, как если бы датчик отсутствовал. Дополнительным преимуществом является то, что датчик рассеивает минимальную мощность; это особенно важно при измерении больших токов.

    Что касается точности, то доступные в настоящее время датчики на эффекте Холла могут достигать погрешности вывода всего 1%. Хорошо спроектированная резистивная цепь измерения тока могла бы превзойти это, но 1%, как правило, будет достаточным в приложениях с большим током / высоким напряжением, для которых особенно подходят устройства на эффекте Холла.

    К недостаткам датчиков на эффекте Холла можно отнести ограниченный частотный диапазон и более высокую стоимость. ACS712 предлагает внутреннюю полосу пропускания 80 кГц, а Melexis MLX91208, который продается как «широкополосное» устройство, рассчитан на частоту до 250 кГц.С другой стороны, резистивная схема измерения тока с высокоскоростным усилителем может хорошо работать в мегагерцовом диапазоне. Кроме того, как обсуждалось выше, эффект Холла по своей природе ограничен в отношении измерения малых токов.

    Изоляция

    Одним из основных преимуществ датчиков на эффекте Холла является электрическая изоляция, которую в контексте проектирования схем или систем часто называют гальванической развязкой. Принцип гальванической развязки применяется всякий раз, когда конструкция требует, чтобы две цепи взаимодействовали таким образом, чтобы предотвратить прямое прохождение электрического тока.Простой пример — когда цифровой сигнал проходит через оптоизолятор, который преобразует импульсы напряжения в световые импульсы и, таким образом, передает данные оптически, а не электрически. Одной из основных причин применения гальванической развязки является предотвращение проблем, связанных с контурами заземления:

    Принципы проектирования базовой схемы

    предполагают, что взаимосвязанные компоненты имеют общий узел заземления, который, как предполагается, находится на уровне 0 В. В реальной жизни, однако, «узел заземления» состоит из проводников с ненулевым сопротивлением, и эти проводники служат в качестве обратных проводов. путь для тока, протекающего от схемы обратно к источнику питания.Закон Ома напоминает нам, что ток и сопротивление образуют напряжение, и эти падения напряжения на обратном пути означают, что «земля» в одной части цепи или системы не имеет того же потенциала, что и «земля» в другой части. Эти различия в потенциале земли могут привести к проблемам от незначительных до катастрофических.

    Предотвращая прохождение постоянного тока между двумя цепями, гальваническая развязка позволяет цепям с разными потенциалами заземления успешно взаимодействовать. Это особенно актуально для приложений измерения тока: низковольтному датчику и схеме обработки может потребоваться контролировать большие, сильно изменяющиеся токи, например, в цепи привода двигателя.Эти большие, быстро меняющиеся токи приведут к значительным колебаниям напряжения в обратном пути. Датчик на эффекте Холла позволяет системе как контролировать ток возбуждения, так и защищать цепь высокоточного датчика от этих вредных колебаний заземления.

    Синфазное напряжение

    Еще одно важное применение датчиков Холла — измерение тока с высоким напряжением. В резистивной цепи измерения тока дифференциальный усилитель измеряет разницу в напряжении между одной стороной резистора и другой.Однако проблема возникает, когда эти напряжения велики по отношению к потенциалу земли:

    Реальные усилители

    имеют ограниченный «синфазный диапазон», что означает, что устройство не будет работать должным образом, когда входные напряжения, хотя и небольшие по отношению друг к другу, слишком велики по отношению к земле. Синфазные диапазоны усилителей с датчиком тока обычно не превышают 80 или 100 В. С другой стороны, датчики на эффекте Холла могут преобразовывать ток в напряжение без привязки к потенциалу земли измеряемой цепи.Следовательно, пока напряжения недостаточно велики, чтобы вызвать физическое повреждение, синфазное напряжение не влияет на работу устройства на эффекте Холла.

    SS49E Датчик Холла и случайный взлом

    Совсем недавно мне снова понадобилась пара переключателей на эффекте Холла для некоторых случайных экспериментов, поэтому я разместил заказ на связку ИС переключателей на эффекте Холла A3144. Интернет-магазин быстро доставил посылку к моему порогу в течение двух дней через FedEx. Однако, когда пакет открыли, я был шокирован — да, я получил только несколько датчиков Холла SS49E вместо предписанных деталей!

    Честно говоря, это не большая проблема, поскольку я хорошо знаю этого продавца, и с момента нашей первой сделки мы поддерживаем хорошие отношения.Я сообщил ему о проблеме, но он осторожно попросил продлить доставку из-за проблем со складскими запасами. Вкратце, я бы подождал здесь две или более недель, чтобы их получить. В крайнем случае, я решил построить «переходную» схему для датчика SS49E, чтобы сделать еще одну срочную конструкцию впереди. Итак, эта статья предназначена для того, чтобы опубликовать здесь мою пробную версию на всякий случай, если кому-то это пригодится.

    В чем разница?

    Интересно, в чем разница между вышеупомянутыми ИС на эффекте Холла? Хорошо, я объясню это в нескольких словах.Видите ли, A3144 — это чувствительный переключатель на эффекте Холла, это означает, что он имеет выход с открытым коллектором, поэтому с подходящей выходной нагрузкой его можно использовать с биполярными или КМОП логическими схемами.

    Униполярная коммутационная характеристика A3144 делает его идеальным для использования с простым стержневым или стержневым магнитом. Выход A3144 переключается на низкий уровень, когда магнитное поле на элементе Холла превышает порог рабочей точки (BOP). В этот момент выходное напряжение составляет VOUT (SAT). Когда магнитное поле уменьшается до уровня ниже порогового значения точки срабатывания (BRP), выходной сигнал устройства становится высоким.Разница в точках срабатывания и отпускания магнитного поля называется гистерезисом (Bhys). Встроенный гистерезис обеспечивает чистое переключение выхода даже при наличии внешней механической вибрации и электрических помех.

    С другой стороны, SS49E — это датчик с линейным эффектом Холла, который управляется магнитным полем постоянного магнита или электромагнита. Выходное напряжение линейного источника (Vo) устанавливается напряжением питания (Vcc) и изменяется пропорционально силе магнитного поля.Типичное выходное напряжение покоя составляет 2,5 В, максимальное выходное напряжение составляет 4,2 В (B = 1500 G), а чувствительность (△ Vout) составляет 1,8 мВ / G при 25 ℃.

    Стоит отметить, что ИС на эффекте Холла изменяет / изменяет свой выход в ответ на близкое расположение магнитного поля. Обычно маркированная поверхность ИС с эффектом Холла реагирует на Южный полюс (S) постоянного магнита, тогда как поверхность без маркировки показывает отклик на Северный полюс (N).

    Значит нам нужна схема переходника

    Было замечено, что примерное выходное напряжение покоя моего датчика SS49E равно 2.4 В, которое возрастает примерно до 2,6 В, когда датчик определяет полюс магнита. Выходное напряжение повышается до 4,1 В, когда датчик видит очень сильное магнитное поле (и нулевой зазор между полюсом магнита и лицевой стороной датчика). Выглядит неплохо!

    В любом случае, это не позволит мне продолжить мой текущий проект, так как я строго нуждаюсь в выходной цепи с открытым коллектором, поэтому я перешел к следующей конструкции, основанной на нескольких недорогих электронных компонентах. Несмотря на то, что в качестве ядра можно использовать микросхему LM393, я выбрал микросхему LM358, поскольку она единственная готовая.На схеме ниже один сегмент LM358 (IC1A) подключен как компаратор напряжения, настроенный для работы от 5 В постоянного тока. Подстроечный резистор 10K (P1) в схеме можно использовать для «точной настройки» чувствительности обнаружения / порогового значения.

    LM358 подключен таким образом, что его выход (контакт 1) будет ВЫСОКИМ, если напряжение на неинвертирующем входе (контакт 3) превышает уровень напряжения на инвертирующем входе (контакт 2 — устанавливается P1). Если напряжение упадет ниже порогового значения, выходной сигнал станет НИЗКИМ.Затем выход обрабатывает все остальное — мы можем либо подключить общий светодиод / оптопару через выходной контакт, либо небольшой полевой МОП-транзистор BJT / LOGIC-LEVEL (чтобы получить выход с открытым коллектором / открытым стоком). Демонстрация показана без финальной стадии драйвера — позже она была включена (S8050 BJT) и успешно протестирована!

    Готовы к настройке?

    LM358 IC состоит из двух независимых операционных усилителей (операционных усилителей), разработанных специально для работы от одного источника питания в широком диапазоне напряжений.Поскольку для одного датчика Холла требуется только одна часть ИС, вы можете точно воспроизвести схему (обычно низкий выходной сигнал) для работы с еще одним датчиком. Или вы можете инвертировать конфигурацию новой схемы, чтобы получить «обратный выход», то есть схему с обычно высоким выходным сигналом второго датчика.

    Обратите внимание, что LM358 имеет двухтактный выходной каскад, который потребляет и истекает ток. Используемая здесь схема LM358 с внешними транзисторами будет управлять немного «тяжелыми» выходными нагрузками. В любом случае, в большинстве практических схем могут быть отклонения от идеальной математики.В общем, это часто незначительно, но для прецизионных схем вам может потребоваться добавить соответствующие схемы, чтобы улучшить конечный результат.

    Кроме того, схема также может быть сконфигурирована для работы в качестве улучшенного концевого упора на основе эффекта Холла, который позволяет регулировать (с помощью подстроечного регулятора) расстояние, на котором активируется ограниченный сигнал включения (обычный механический упор обеспечивает только сигнал включения или выключения). Например, таким образом вы можете заменить стандартный упор 3D-принтера на усовершенствованную электронную версию, чтобы просто и быстро отрегулировать расстояние от печатной платформы до сопла.На следующем рисунке изображен механический ограничитель для RepRap.

    Вот и все, чтобы разработать простой аксессуар для 3D-принтера. Что ж, посмотрим, насколько хорошо работают ваши сборки!

    Что такое ИС на эффекте Холла?

    1. Что такое эффект Холла IC
    2. Принципы работы ИС на эффекте Холла
    3. Конфигурация ИС на эффекте Холла
    4. Типы ИС на эффекте Холла
    5. Методы обнаружения эффекта Холла IC
    6. Как выбрать подходящий эффект Холла IC

    IC

    на эффекте Холла ABLIC

    Что такое эффект Холла IC

    Элементы Холла

    являются показательным примером среди различных типов магнитных датчиков, в которых используются полупроводники.Элементы Холла — это датчики, использующие гальваномагнитный эффект, называемый эффектом Холла. На элементе Холла можно получить очень небольшое напряжение, поэтому для таких элементов обычно требуются усилители, такие как операционные усилители. Поскольку ИС на эффекте Холла сочетает в себе элемент Холла и операционный усилитель, количество подключаемых извне компонентов может быть уменьшено, а конструкция схемы может быть упрощена.

    Можно различить магнитные полюса с помощью единственной ИС на эффекте Холла. Такие ИС используются для самых разных целей, включая общее и автомобильное.Основные цели обнаружения ИС на эффекте Холла включают обнаружение вращения, обнаружение положения, обнаружение открытия / закрытия, обнаружение тока, обнаружение направления и многие другие. ИС общего назначения на эффекте Холла используются в широком спектре продуктов, от крупной бытовой техники, такой как стиральные машины и холодильники, до мобильных телефонов. ИС автомобильного назначения, естественно, используются для определения того, открыты или закрыты окна и двери, но многие ИС с эффектом Холла также используются для таких целей, как определение высоты транспортного средства, скорости и количества оборотов двигателя.

    Принципы работы ИС на эффекте Холла

    ИС на эффекте Холла содержит элемент Холла. Ток протекает через этот элемент, и, когда магнитное поле (от магнита), перпендикулярное направлению тока, приближается к элементу, носитель, который ведет ток, подвергается воздействию силы Лоренца. Сила Лоренца приводит к генерации напряжения (напряжения Холла) в направлении, перпендикулярном току и магнитному полю (эффект Холла). ИС на эффекте Холла обнаруживает наличие магнитного поля (от магнита), обнаруживая это напряжение.Выходное напряжение увеличивается прямо пропорционально плотности магнитного потока.

    Согласно правилу левой руки Флеминга, направление перпендикулярного напряжения (напряжение Холла) изменяется в зависимости от направления магнитного поля (северный или южный полюс). Следовательно, ИС на эффекте Холла может обнаруживать не только наличие магнитного поля, но и направление поля (северный или южный полюс) на основе направления этого напряжения.

    Рис.1 Принципы работы элемента Холла

    Конфигурация ИС на эффекте Холла

    Переключатель Холла IC усиливает выходное напряжение (напряжение Холла) элементом Холла и выдает сигнал путем обработки сигналов внутри ИС в зависимости от плотности магнитного потока.

    Существует два типа ИС на эффекте Холла. Один — это высокоскоростной тип работы для обнаружения вращения двигателей и т. Д., А другой — тип с низким потреблением тока для оборудования с батарейным питанием.
    Ниже в таблице 1 и на рисунке 2 показана внутренняя конфигурация ИС на эффекте Холла с низким потреблением тока.

    Таблица 1 Конфигурация ИС на эффекте Холла
    Блок Описание
    Элемент Холла Обнаруживает магнитное поле (от магнита) и выдает напряжение (напряжение Холла).
    Усилитель прерывателя Усиливает выходное напряжение (напряжение Холла) элементом Холла.
    Контур сна / бодрствования Это контролирует работу и бездействие, осуществляя периодическое управление.
    Компаратор с гистерезисом
    (схема сравнения)
    Они управляют выходом и выводят сигнал высокого или низкого уровня в зависимости от плотности магнитного потока.
    Выходной инвертор
    (или NCH транзистор)
    Рисунок 2 Блок-схема ИС на эффекте Холла (серия S-5712, выходной сигнал КМОП)

    Типы ИС на эффекте Холла

    ИС на эффекте Холла, использующие различные методы обнаружения, могут быть выбраны в зависимости от назначения.В этой главе описаны типичные типы микросхем Hal.

    Существует два основных типа ИС на эффекте Холла: линейный тип выхода (тип аналогового выхода, тип цифрового выхода), который используется для получения выходного напряжения, прямо пропорционального напряженности магнитного поля, и тип переключения (цифровой выход). type), который используется для получения сигнала включения / выключения. Все микросхемы на эффекте Холла серий S-5711A и S-5712 представляют собой ИС переключаемого типа с гистерезисными характеристиками, к которым были добавлены схемы Шмитта.

    Типы ИС на эффекте Холла

    1. Тип линейного выхода: Используется для получения выходного напряжения, прямо пропорционального напряженности магнитного поля
    2. Тип переключения: Используется для получения сигнала включения / выключения

    Методы обнаружения эффекта Холла IC

    ИС на эффекте Холла обнаруживают магнитные поля, которые имеют северный или южный полюс. В этом разделе описаны четыре типа обнаружения ИС на эффекте Холла: униполярное обнаружение, , обнаружение северного или южного полюса, многополярное обнаружение, , обнаружение как северного, так и южного полюсов без дискриминации, биполярное обнаружение. , который представляет собой обнаружение поочередно северного и южного полюсов.Биполярное обнаружение используется не только для определения силы магнитного поля, но и для различения северного и южного полюсов, что является характеристикой ИС на эффекте Холла. Четвертый метод обнаружения — это ZCL TM (Защелка перехода через ноль) , который представляет собой обнаружение изменения полярности точки (точка пересечения нуля). ZCL TM — первый в мире метод обнаружения.

    Выберите подходящий метод обнаружения в соответствии с типом применения, в котором будет использоваться ИС на эффекте Холла.ABLIC массово производит ИС на эффекте Холла, в которых используются все четыре вышеупомянутых метода обнаружения.

    Униполярное обнаружение

    Для этого метода обнаруживается только один полюс магнитного поля (северный или южный), и операция включения / выключения выполняется в соответствии с плотностью магнитного потока для вывода сигнала высокого или низкого уровня.

    Униполярное обнаружение (для продукта, который выдает сигнал низкого уровня при обнаружении южного полюса.)

    Всеполярное обнаружение

    Для этого метода обнаруживаются оба полюса магнитного поля (северный и южный), и операция включения / выключения выполняется в соответствии с плотностью магнитного потока для вывода сигнала высокого или низкого уровня.

    Всенаправленное обнаружение (для продукта, который выдает сигнал низкого уровня при обнаружении любого полюса).

    Биполярное обнаружение

    Для этого метода оба полюса магнитного поля (северный и южный) обнаруживаются поочередно, и операция включения / выключения выполняется в соответствии с плотностью магнитного потока и полярностью для вывода сигнала высокого или низкого уровня.

    ZCL

    TM (Защелка нулевого перехода) Обнаружение

    ZCL определяет точку, когда S-полюс приложенной плотности магнитного потока изменяется на N-полюс или наоборот, то есть когда происходит изменение полярности.
    Оптимизированный для управления бесщеточным двигателем постоянного тока, обнаружение ZCL может легко предотвратить падение КПД двигателя в результате колебаний температуры и производственных отклонений. > Дополнительная информация «Что такое интегральная схема на эффекте Холла ZCL?»
    «ZCL» — зарегистрированная торговая марка ABLIC Inc.

    Давайте сократим количество человеко-часов на проектирование, чтобы создать идеальный двигатель
    с первым в мире методом обнаружения
    Что может сделать микросхема с эффектом Холла ZCL

    Как выбрать подходящий эффект Холла IC

    ABLIC предлагает широкий выбор ИС на эффекте Холла по запросу клиентов.Вы можете выбрать подходящую ИС на эффекте Холла, рассмотрев приведенный ниже порядок.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.