Датчик холла для чего: устройство, принцип работы, виды и области применения преобразователя

устройство, принцип работы, виды и области применения преобразователя

Датчик Холла — прибор, предназначенный для измерения напряженности магнитного поля. Его работа основана на эффекте Холла, который представляет собой явление возникновения разности потенциалов в магнитном поле при помещении в него проводника с постоянным током. Это устройство нашло широкое применение в различных приборах и механизмах.

• История создания прибора
• Конструктивные особенности
• Принцип действия
• Виды устройств
• Применение датчика
• Использование сенсоров в смартфонах

История создания прибора

В конце XIX века американский ученый из Балтимора Эдвин Герберт Холл поместил полупроводниковую пластину в магнитное поле и подключил к ней электрический ток. Такое действие привело к появлению напряжения на широких сторонах пластины.

Это явление получило название эффекта Холла и привлекло внимание общественности. Спустя 75 лет, когда промышленность начала выпускать полупроводниковые пленки, это открытие нашло широкое применение в области техники.

Сегодня датчики используются:

1. В электронном зажигании на автомобилях.
2. В двигателях компьютерного дисковода и вентилятора.
3. Как основа электронного компаса в смартфонах.
4. В бесконтактных электрических приборах для измерения силы тока и напряжения.
5. В некоторых моделях ионных реактивных двигателей.

Первые разновидности датчиков стали выпускаться в середине XX века. В 1965 году американские специалисты создали твердотельный прибор, который значительно улучшил работу оборудования. Датчики считаются практически вечными, так как не имеют взаимодействующих и трущихся элементов.

Конструктивные особенности

Наиболее эффективными материалами для изготовления датчика считаются полупроводники арсениды галлия и индия. Чаще прибор представляет собой пленку, толщина которой не превышает 10 мкм.

Датчик имеет три клеммы:

• питающая с входным напряжением 6В;
• нулевой контакт;
• выходная, с которой сигнал поступает на коммутатор.

Клемма, к которой подходит питание, широкая и занимает всю сторону прямоугольника. Выходная клемма обладает точечным электродом. В качестве нулевого контакта выступает общая точка. Так как при отсутствии магнитного поля на контактах остается небольшой сигнал, то для коррекции выходных данных применяется дифференциальный усилитель.

Микросхема наносится на подложку методом литографии, что позволяет повысить точность показаний. Обычно в различных приборах это применяется для проверки положения элементов механизма.

Принцип действия

Принцип работы датчика Холла основан на гальваномагнитном явлении, которое показывает результат взаимодействия магнитного поля с полупроводником. Полупроводник подключен к электрической цепи, которая меняет его свойства.

Как только появляется поперечное напряжение, то сразу возникает эффект Холла. В этот момент заряд направлен перпендикулярно вектору поля. Такое явление объясняется воздействием на электроны или дырки силы Лоренца, которая и приводит к их отклонению.

Под воздействием этой силы частицы в полупроводнике двигаются в разные стороны, в соответствии со своим знаком. На одной стороне пластины собираются электроны (отрицательный заряд), а на другой частицы с положительным знаком.

По мере накопления зарядов между ними возникает электрический поток, который препятствует их перемещению под воздействием силы Лоренца. При достижении равенства этой силы и магнитного поля полупроводник вступает в фазу равновесия. Именно так и работает датчик Холла.

Виды устройств

Основной задачей этого прибора считается определение напряженности магнитного потока. Практически это сенсор определения значений магнитного поля.

Существуют датчики двух видов:

• цифровые;
• аналоговые.

Цифровые приборы бывают биполярными и униполярными. Биполярные элементы работают в зависимости от полярности магнитного поля, то есть одна включает датчик, а вторая отключает.

Униполярные приборы включаются при появлении любой полярности и отключаются по мере ее уменьшения. Цифровые сенсоры измеряют индукцию и появление соответствующего напряжения, то есть наличие или отсутствие магнитного поля.

Прибор показывает единицу, когда индукция поля достигает пороговое значение. До этого момента сенсор будет показывать ноль. Такой датчик не сможет определить наличие магнитного поля со слабой индукцией. Кроме того, на точность показаний будет влиять дистанция до измеряемого объекта.

Применение датчика

Широко применяются преобразователи Холла в современной бытовой технике. С их помощью происходит взвешивание белья в стиральных машинах. При запуске агрегата вещи сначала намокают, а потом начинает вращаться барабан. По его скорости вращения определяется общий вес и происходит программирование машины на расход порошка, воды и ополаскивателя.

В серийном производстве впервые датчики стали использоваться в компьютерных клавиатурах. Здесь происходит взаимодействие чувствительного элемента на плате и магнита на клавишах. Упругость осуществляется за счет полимерного материала, который обладает большим сроком службы.

Единственным элементом, который может сломаться в клавиатуре является контроллер. Электрики очень часто пользуются датчиком Холла, когда замеряют бесконтактными клещами силу тока в проводах. Измерительный прибор реагирует на изменение электромагнитного поля вокруг кабелей и проводов.

Благодаря индуктивности из медной проволоки, находящейся в клещах, создается возбуждение и образуется электромагнитная волна. Часть ее значения оценивается сенсором, который передает данные в контроллер. По заложенным в нем формулам производится расчет, и результат выводится на дисплей.

Применяются датчики в сотовых телефонах для слежения за зарядом аккумулятора и его расходом. Но очень важным такой момент считается в эксплуатации электромобилей, так как наличие энергии в них занимает особое место. Используются преобразователи Холла в электронных компасах и в качестве стабилизатора изображений в мобильных камерах.

Но особенно широко эти приборы применяются в автомобильной промышленности. В автомобилях с их помощью происходит определение частоты вращения коленвала двигателя, положение дроссельной заслонки, скорости движения автомобиля и так далее. Применяется датчик в электронной системе зажигания. Находится он в трамблере и заменяет контакты для образования искры.

Использование сенсоров в смартфонах

Благодаря небольшим размерам датчики Холла нашли широкое применение в современных электронных гаджетах. В смартфонах они помогают возвращать экран в исходное положение, обеспечивают быстрый запуск GPS поиска, увеличивают срок службы аккумуляторной батареи и так далее.

Способность реагировать на магнитное поле используется в раскладывающихся телефонах и ноутбуках. Благодаря наличию датчика, происходит включение устройств при открытии и отключение при закрытии экрана. В смартфонах такую же функцию выполняет датчик, который взаимодействует с магнитом, встроенным в чехол книжку. Когда чехол открывается, то воздействие поля ослабевает и сенсор включает подсветку экрана.

Преобразователь Холла в гаджетах выполняет следующие полезные функции:

• обеспечивает ориентирование по отношению к горизонту земли;
• работает в качестве компаса мобильного устройства;
• совершает ориентирование экрана.

Немаловажное значение датчик имеет в устройстве видеокамеры. Вкупе со специальной микросхемой он позволяет корректировать качество изображения. Особенно это проявляется при съемках в вечернее время.

Датчик Холла — принцип работы

---

В системах и устройствах каждого автомобиля есть масса приборов, которые несут только функцию информирования о том или ином процессе.

На основе информации, которые эти устройства предоставляют, высшие по иерархии системы принимают решения о том или действии. Эти шпионы называются датчиками и собирают информацию о работе деталей и узлов, а после передают ее водителю. На современных автомобилях водитель избавлен от принятия большинства решений, поэтому всю работу делают за него электронные системы. Бесконтактная система зажигания и датчик Хoлла — яркий тому пример.

Содержание:

1. Датчик Холла, что это такое
2. Применение датчика в автомобиле
3. Преимущества автомобильного датчика Холла
4. Зажигание с датчиком Холла
5. Подключение и проверка датчика Холла

Датчик Холла, что это такое

Все автомобильные датчики классифицируются по параметру, который они определяют. Это может быть датчик температуры, датчик массового расхода воздуха, датчик движения или датчик положения. Датчик на эффекте Холла как раз применяется для того, чтобы определять положение коленчатого или распределительного вала.

Вкратце разберемся с этим эффектом, тогда станет понятнее, что представляет собой это устройство. Гальваномагнитное явление было открыто в 1879 году Эдвином Холлом, а суть этого открытия в том, что при установке проводника с постоянным потенциалом в магнитное поле, появляется разность потенциалов, то есть электрический импульс. На основе этого являения работает не только часть системы зажигания автомобиля, но и ионные ракетные двигатели, приборы, которые измеряют напряженность магнитного поля, и даже во многих мобильных устройствах в виде основы для работы электронного компаса.

Применение датчика в автомобиле

Холловское напряжение давно применяется в машиностроении и конструкции серводвигателей. Он идеально подходит для того, чтобы определять углы положения валов, а на машинах архаичной конструкции, датчик применялся для определения момента возникновения искры. Схема датчика проста и мы ее помещаем ниже.

Суть работы устройства в том, что когда подают ток на две клеммы участка полупроводникового материала (на чертеже — клеммы «а») и помещают его в магнитное поле, на двух других клеммах возникает импульсное напряжение, а оно может восприниматься устройством-приемником, как сигнал к определенным действиям.

Автомобильный датчик Холла принцип работы которого показан на схеме ниже, но буквально ее воспринимать было бы ошибкой. Дело в том, что современные датчики Холла представляют собой все элементы начерченного датчика в одном крошечном корпусе. Это стало возможным тогда, когда появились миниатюрные полупроводниковые  приборы.

Преимущества автомобильного датчика Холла

Микроэлектроника позволила добиться от устройства очень маленьких размеров, при этом, сохранив полную функциональность. Основные преимущества устройства современного датчика Холла в следующем:

• компактность;
• возможность разместить в любой точке двигателя или любого другого механизма;
• стабильность работы, то есть при любых оборотах вала, датчик будет корректно реагировать на его вращение;
• стабильность не только в работе, но и стабильность характеристики сигнала.

Наряду с бесспорными достоинствами и функциональностью устройства, оно имеет некоторые проблемы:

1.  Помехи — главный враг любого электромагнитного устройства. А помех в электрической цепи автомобиля более, чем достаточно.
2.  Цена. Датчик, основанный на эффекте Холла дороже обычного магнитоэлектрического датчика.
3.  Работоспособность датчика Холла сильно зависит от электронной схемы.
4. Микросхемы могут иметь нестабильные характеристики, что может повлиять на корректность показаний.

Зажигание с датчиком Холла

Теперь попробуем применить датчик на практике, а, точнее, интегрировать его в систему зажигания. А установим мы его в прямо в трамблер для того, чтобы руководить процессом искрообразования в бесконтактной системе. Схема установки датчика Холла показана на рисунке. Он установлен возле вала прерывателя-распределителя, на котором установлена магнитопроводящая пластина. Пластина-ротор имеет столько вращающихся сердечников, сколько цилиндров у двигателя.

Поэтому при прохождении пластины ротора возле датчика с поданным на него напряжением, возникает эффект Холла, с выводов датчика снимается импульс и подается на коммутатор, а оттуда на катушку зажигания. Она преобразует слабый импульс в высоковольтный и передает его по высоковольтному проводу на свечу зажигания.

Подключение и проверка датчика Холла

Подключить любой датчик Холла довольно просто, поскольку он имеет всего три вывода, один из которых минусовой и идет на массу, второй — питание, третий — сигнальный, с него и поступает импульс на коммутатор. Проверить, работает ли датчик довольно просто. Если автомобиль подает признаки неисправности системы зажигания, которые выражаются в плохом пуске или нестабильности работы, первое, что нужно проверить — именно этот датчик.

Для этого не нужно никаких сложных осциллографов, хотя по науке ДХ проверяют именно при помощи осциллографа. Для проверки работоспособности устройства, достаточно просто закоротить 3-й и 6-й вывод на колодке трамблёра. При включенном зажигании закороченные выводы приведут к образованию искры, что говорит о том, что датчик свое отжил.

Замена датчика — занятие на 10 минут, но чтобы не покупать новый, лучше проверить установленный, вполне возможно, что зажигание работает некорректно по другой причине. Таким образом, можно обнаружить поломку, сэкономить время и не покупать лишние детали. Следите за простейшими приборами, и неприятные сюрпризы будут обходить автомобиль стороной. Плотной всем искры и удачи в дороге!

Читайте также:

---

Датчик Холла — принцип работы

3.5 — Оценок: 55

Что такое датчик Холла?

Морин ВанДайк | 27 ноября 2019 г.

Датчики Холла

используются для обнаружения и измерения близости, положения и скорости благодаря их способности воспринимать магнитные поля. Как бесконтактные датчики они полезны для измерения переменного и постоянного тока. В этом блоге объясняются принципы работы датчиков Холла и их промышленного применения.

Что такое датчик Холла?

Эффект Холла, названный в честь его первооткрывателя Эдвина Холла, относится к генерации напряжения в проводнике с током, перпендикулярном направлению тока, когда проводник погружен в магнитное поле. Датчик Холла представляет собой тонкий кусок проводника, по длине которого течет ток, а по ширине подключен детектор напряжения.

Когда электрический ток проходит через датчик, находящийся в магнитном поле, датчик регистрирует небольшое напряжение. Это напряжение можно использовать для измерения колебаний магнитного поля, вызванных изменениями положения, близости, давления, скорости, температуры или других факторов.

Поскольку датчики на эффекте Холла не имеют движущихся частей, они более прочны и долговечны, чем герконы. Однако они также более дороги, поскольку через них должен протекать постоянный электрический ток.

Типы датчиков Холла

Датчики Холла

можно разделить на две категории: аналоговые и цифровые. Аналоговые датчики производят постоянно изменяющееся выходное напряжение, в то время как цифровая версия имеет только два выходных напряжения: высокое или низкое.

Некоторые из подкатегорий переключателей на эффекте Холла включают:

 

Лопастной

Это цифровые бесконтактные датчики, определяющие наличие или отсутствие ферромагнитной лопасти, проходящей через зазор между двумя компонентами крыльчатого датчика: постоянным магнитом и датчиком Холла.

Цифровой ток

Этот датчик также имеет два компонента, расположенных в непосредственной близости: датчик Холла и электромагнит. Магнитное поле, создаваемое электромагнитом при прохождении тока через его катушки, изменяет выходной сигнал датчика Холла.

Линейный ток

Аналогичен цифровому датчику тока, за исключением того, что выход аналоговый.

Ток с обратной связью

Также называемые датчиками тока с нулевым балансом, они работают, сводя на нет измеряемое магнитное поле, управляя током, полученным с выхода датчика. Хотя они имеют отличные характеристики отклика, точности и линейности, они громоздки и дороги из-за дополнительных компонентов, необходимых для создания тока нулевого баланса.

Зуб шестерни

Как следует из названия, эти датчики обнаруживают зубья шестерни, когда они проходят мимо датчика. Зубчатые датчики аналогичны лопастным датчикам, но имеют дополнительную схему для точного измерения скорости. Они используются в различных приложениях для подсчета и измерения скорости.

Применение датчиков Холла

Как видно из различных категорий датчиков, упомянутых выше, датчики на эффекте Холла могут использоваться для широкого спектра приложений, таких как:

• Автоматизированная обработка продуктов
• Оборудование с ЧПУ
• Компакторы / пресс-подборщики
• Датчики движения
• Датчики положения (например, двери)
• Робототехника (например, концевые выключатели)
• Защитные блокировки (например, защитные выключатели с защитой от срабатывания)

Особенности конструкции датчика Холла

К важным факторам, влияющим на конструкцию датчика Холла, относятся:

• Магнитные поля. Поле, создаваемое магнитом, зависит от его формы и размера, материала, использованного для его изготовления, материала на пути магнитного потока и того, используется ли он в качестве однополярного или биполярного магнита.
• Электрические соображения. Какой максимальный ток должен выдерживать датчик? Имеется ли источник постоянного напряжения для питания датчика? Каков максимальный поток, который он испытает? Выход должен быть аналоговым или цифровым?
• Операционная среда. Диапазон температур, в котором должен работать датчик, является важным фактором окружающей среды. Для наружного применения может потребоваться атмосферостойкий корпус для защиты от дождя и снега.
• Как и в случае со всеми промышленными компонентами, важным фактором для датчиков Холла является стоимость. Диапазон рабочих температур, требования к упаковке, точность и чувствительность выходного сигнала, а также другие характеристики, требуемые приложением, определяют окончательную стоимость датчика Холла.

 

Датчики Холла

от MagneLink

Компания MagneLink имеет более чем 25-летний опыт разработки высококачественных магнитных переключателей и датчиков на заказ.