Датчик на эффекте холла

Содержание
  1. Датчики Холла: рабочий принцип, типы, использование, как проверить
  2. Коротко о рабочем принципе
  3. Типы и область использования
  4. Пример применения аналогового элемента
  5. Назначение ДХ в системе зажигания автомобиля
  6. Проявление поломки и потенциальные причины
  7. Как проверить трудоспособность датчика Холла?
  8. Устройство автомобилей
  9. Эффект Холла и датчики положения
  10. Что такое датчики Холла, рабочий принцип, типы, использование, плюсы и минусы
  11. Что такое измеритель Холла
  12. Рабочий принцип датчика Холла
  13. Как работает измеритель Холла
  14. Типы датчиков Холла
  15. Использование датчика Холла
  16. Плюсы датчиков Холла
  17. Минусы датчиков Холла
  18. Как большие электрические нагрузки можно контролировать при помощи датчиков Холла
  19. Как работает измеритель Холла Видео
  20. Измеритель Холла

Эффект Холла и датчики на его основе

Датчик на эффекте холла

Эффект Холла открыли в 1879 г. американским ученым Эдвином Гербертом Холлом. Его сущность состоит в следующем (см. рисунок).

Если через проводящую пластинку пропускать ток, а перпендикулярно пластинке направить магнитное поле, то по направлению поперечном току (и направлению магнитного поля) на пластинке возникнет напряжение: Uh = (RhHlsinw)/d, где Rh – показатель Холла, зависящий от материала проводника; Н – напряженность магнитного поля; I – ток в проводнике; w – угол между направлением тока и вектором индукции магнитного поля (если w = 90°, sinw = 1); d – толщина материала.
Потому, что выходной эффект определяется произведением 2-ух величин (Н и I), датчики Холла имеют очень повсеместное использование. В таблице приведены коэффициенты Холла для разных металлов и сплавов.

Определения: Т – температура; В – магнитный поток; R h – показатель Холла в единицах м3 /Кл.
Бесконтактные клавишные переключатели на основе эффекта Холла использовались за границей наиболее широко уже с начала 70-х годов. Хорошие качества этого переключателя – высокая долговечность и надежность, небольшие размеры, а минусы – постоянное энергопотребление и сравнительно большая цена.

Датчик на эффекте холла

Рабочий принцип генератора Холл а
Измеритель Холла имеет щелевую конструкцию. С одной стороны щели размещён полупроводник, по которому при включенном зажигании течет ток, а если смотреть иначе – постоянный магнит.
В магнитном поле на двигающиеся электроны действует сила. Вектор силы перпендикулярный направлению, как магнитной так и электрической составляющих поля.
Если внести в магнитное поле с индукцией В полупроводниковую пластинку (к примеру, из арсенида индия или антимонида индия), через какую течет переменный ток, то на боковых сторонах, перпендикулярно направлению тока, появляется разница потенциалов. Напряжение Холла (ЭДС Холла) пропорционально току и магнитной индукции.
Между пластинкой и магнитом есть просвет. В зазоре датчика находится стальной экран. Когда в зазоре нет экрана, то на пластинку полупроводника действует магнитное поле и с нее снимается разница потенциалов.

Если же в зазоре находится экран, то магнитные силовые линии замыкаются через экран и на пластинку не действует, в данном варианте разница потенциалов на пластинке не появляется.
Интегральная микросхема видоизменяет разница потенциалов, создающуюся на пластинке, в негативные импульсы напряжения конкретной величины на выходе датчика. Когда экран находится в зазоре датчика, то на его выходе будет напряжение, если же в зазоре датчика экрана нет, то напряжение на выходе датчика близкое до нуля.

Датчик на эффекте холла

Дробный квантовый эффект Холла
Об эффекте Холла написано много, данный эффект активно применяется в технике, но ученые продолжают его изучать. В 1980 г. немецкий физик Клаус фон Клитцунг изучал работу эффекта Холла при очень низких температурах.

В тонкой пластинке полупроводника фон Клитцунг медленно изменял напряженность магнитного поля и обнаружил, что сопротивление Холла меняется не медленно, а скачками. Величина скачка не зависила от параметров материала, а являлась комбинацией фундаментальных физических констант, деленной на постоянное число.

Получалось, что законы квантовой механики каким-нибудь образом изменяли природу эффекта Холла. Явление это назвали интегральным квантовым эффектом Холла. За это открытие фон Клитцунг получил Нобелевскую премию в области физики в 1985 г.
2 года через после открытия фон Клитцунга в лаборатории компании Bell Telephone (той самой, в которой открыли транзистор) менеджеры Стормер и Тсуи изучали квантовый эффект Холла, применяя исключительно чистый образец арсенида галлия внушительного размера, сделанный в данной же лаборатории. Образец имел настолько большую степень чистоты, что электроны проходили его из конца в конец, не встречая преград.

Эксперимент Стормера и Тсуи проходил при намного более малой температуре (практически безусловный нуль) и с более сильными магнитными полями, чем в эксперименте фон Клитцунга (в миллион раза больше, чем магнитное поле Земли).
К собственному большому удивлению Стормер и Тсуи выявили скачок в сопротивлении Холла втрое больший, чем у фон Клитцунга. После они выявили еще большие скачки. Получалась та же комбинация физических постоянных, но деленная не на целое, а на дробное число.

Заряд электрона у физиков считается константой, не делимой на части. А в этом эксперименте как бы принимали участие частицы с дробными зарядами.

Эффект был назван дробным квантовым эффектом Холла.

Датчик на эффекте холла

Год через после чего открытия работник лаборатории Ла-флин дал теоретическое разъяснение эффекта. Он объявил, что комбинация сверхнизкой температуры и мощного магнитного поля заставляет электроны образовывать несжимаемую квантовую жидкость. Но рисунке при помощи графики с применением компьютеров показан поток электронов (шары), протыкающих поверхность.

Неровности плоскости представляют распределение заряда одного из электронов в наличии магнитного поля и заряда остальных электронов. Если электрон добавляется к квантовой жидкости, то образуется определенное количество квазичастиц с дробным зарядом (на рисунке это показано как набор стрелок у каждого электрона).
В 1998 г. Хорст Стормер, Даниэль Тсуи и Роберт Лафлин были удостоены Нобелевской премии в области физики. Сейчас Х.Стормер – доктор физических наук Колумбийского университета, Д.Тсуи – профессор Принстонского университета, Р.Лафлин – профессор Стенфордского университета.

Датчики Холла: рабочий принцип, типы, использование, как проверить

Содержание:

Электромагнитное устройство, именуемое датчиком Холла (дальше ДХ), применяется во многих приборах и механизмах. Но самое большее использование ему нашлось в машиностроении.

Фактически во всех моделях нашего автопрома (ВАЗ 2106, 2107, 2108 и т.д.) бесконтактная система зажигания для двигателя на бензине управляется этим датчиком. Исходя из этого, при его выходе из строя появляются большие проблемы с работой мотора.

Чтобы не прогадать при диагностике, нужно понимать рабочий принцип датчика, знать его конструкцию и методы тестирования.

Коротко о рабочем принципе

В основу принципа действия датчика зажигания положен эффект Холла, получивший собственное название в честь американского физика, открывшего явление это во второй половине 70-ых годов XIX века. Подав стабильное напряжение на края квадратной пластины (Но и В на рис.

1) и поместив ее в магнитное поле, Эдвин Холл обнаружил разница потенциалов на 2-ух остальных краях (С и D).

Датчик на эффекте холла

Рис .1.

Презентация эффекта Холла
В согласии с законами электродинамики, сила Лоренца действует на носители заряда, что и приводит к разности потенциалов. Величина напряжения Uхолла очень невелика, в границах от 10 мкВ до 100 мВ, она подчиняется как от силы тока, так и напряженности электромагнитного поля.

До середины прошлого столетия открытие не находило серьезного технического использования, пока не было налажено производство изделий из полупроводниковых материалов на основе кремния, сверхчистого германия, арсенида индия и т.д., обладающих нужными характеристиками. Это открыло возможности для изготовления маленьких датчиков, разрешающих мерить как напряженность поля, так и силу тока, идущего по проводнику.

Типы и область использования

Не обращая внимания на многообразие компонентов, применяющих эффект Холла, условно их можно поделить на несколько видов:

  • Аналоговые, применяющие принцип изменения магнитной индукции в напряжение. Другими словами, полярность, и величина напряжения конкретно зависят от параметров магнитного поля. На данный момент данный тип приборов, по большей части, используется в измерительной технике (к примеру, в качестве, датчиков тока, вибрации, поворотного угла).
    Датчик на эффекте холла

    Датчики тока, применяющие эффект Холла, могут мерить как переменный, так и постоянный ток

  • Цифровые. В отличии от предыдущего типа измеритель имеет только два устойчивых положения, сигнализирующих о наличии или отсутствии магнитного поля. Другими словами, срабатывание происходит на случай, когда интенсивность магнитного поля достигла конкретной величины. Конкретно данный тип устройств используется в автомобильной технике в качестве датчика скорости, фазы, положения распределительного, а еще коленчатого вала и т.д.

Нужно сказать, что цифровой вид в себя включает следующие категории:

  • униполярный – срабатывание происходит при конкретной силе поля, и после ее снижения измеритель переходит в изначальное состояние;
  • биполярный – этот тип откликается на полярность магнитного поля, другими словами один полюс создает включение прибора, а противоположный – выключение.

Датчик на эффекте холла

Внешний вид цифрового датчика Холла
В основном, большинство датчиков собой представляет элемент с тремя выводами, на 2 из которых подается 2-ух- или однополярное питание, а 3-ий считается сигнальным.

Пример применения аналогового элемента

Рассмотрим конструкцию датчика тока ы основе работы которого применяется эффект Холла.

Датчик на эффекте холла

Очень простая схема датчика тока на основе эффекта Холла

Определения:

  • А – проводник.
  • В – незамкнутое магнитопроводное кольцо.
  • С – аналоговый измеритель Холла.
  • D – усилитель сигнала.

Рабочий принцип данного устройства очень простой: ток, проходящий по проводнику, создаёт электромагнитное поле, измеритель меряет его величину и полярность и выдаёт пропорциональное напряжение UДТ, которое поступает на усилитель и дальше на указатель.

Назначение ДХ в системе зажигания автомобиля

Разобравшись с принципом действия элемента Холла, рассмотрим, как применяется данный измеритель в системе бесконтактного зажигания линейки автомобилей ВАЗ. Для этого обратимся к рисунку 5.

Датчик на эффекте холла

Рис.

5. Принцип устройства СБЗ
Определения:

  • А – измеритель.
  • B – магнит.
  • С – пластина из магнитопроводящего материала (кол-во выступов отвечает числу цилиндров).

Алгоритм работы такой схемы выгладит так:

  • Во время вращения вала прерывателя-распределителя (двигающемуся синхронно коленвалу) один из выступов магнитопроводящей пластины занимает позицию между датчиком и магнитом.
  • Благодаря этому действию меняется напряженность магнитного поля, что вызывает срабатывание ДХ. Он отправляет электрический импульс коммутатору, управляющему катушкой зажигания.
  • В Катушке создается напряжение, нужное для формирования искры.

Кажется, абсолютно ничего сложного, но искра должна появиться собственно в конкретный момент. Если она сформируется до недавнего времени или позднее, это вызовет сбой в работе мотора, аж до его полной остановки.

Датчик на эффекте холла

Внешний вид датчика Холла для СБЗ ВАЗ 2110

Проявление поломки и потенциальные причины

Нарушения в работе ДХ можно выявить по следующим неявным признакам:

  • Происходит внезапное увеличение использования топлива. Связывают это с тем, что впрыск топливно-воздушной смеси выполняется более одного раза за один цикл вращения коленчатого вала.
  • Проявление неустойчивой работы мотора. Автомобиль может начать «дергаться», происходит внезапное сдерживание. В большинстве случаев не получается развить скорость более 50-60 км.ч. Мотор «глохнет» во время работы.
  • Иногда выход из строя датчика может привести к фиксации коробки передач, без возможности ее переключения (в большинстве моделей зарубежных авто). Для исправления ситуации требуется перезапуск мотора. При постоянных таких вариантах можно настойчиво констатировать выход из возводят ДП.
  • Очень часто неполадка может проявиться в виде исчезновения искры зажигания, что, исходя из этого, за собой повлечет невозможность запуска мотора.
  • В системе самодиагностики как правило наблюдаются постоянные перебои, к примеру, воспламениться указатель проверки мотора, когда он на холостом ходу, а при повышении оборотов лампочка гаснет.

Абсолютно не нужно, что перечисленные факторы вызваны поломкой ДП. Большая вероятность того, неисправность вызвана иными причинами, а конкретно:

  • попаданием мусора или других инородних предметов на корпус ДП;
  • случился обрыв сигнального провода;
  • в разъем ДП попала вода;
  • сигнальный кабель замкнулся с «массой» или бортовой сетью;
  • порвалась экранирующая оболочка на всем жгуте или индивидуальных проводах;
  • повреждение проводов, подающих питание к ДП;
  • перепутана полярность напряжения, поступающего на измеритель;
  • проблемы с высоковольтной цепью системы зажигания;
  • проблемы с блоком управления;
  • неверно выставлен просвет между ДП и магнитопроводящей пластиной;
  • возможно, причина прячется в высокой амплитуде торцевого биения шестеренки распределительного вала.

Как проверить трудоспособность датчика Холла?

Есть любые способы, разрешающие проверить исправность датчика СБЗ, коротко расскажем про них:

  1. Имитируем наличие ДХ. Это самый простой способ, дающий возможность быстро сделать проверку. Но его эффективности может идти речь только в случае если не вырабатывается искра если есть наличие питания на главных узлах системы. Для тестирования необходимо выполнить следующие действия:
  • отключаем от трамблера трехпроводной штекер;
  • запускаем систему зажигания и вместе с этим «коротим» проводом массу и сигнал с датчика (контакты 3 и 2, исходя из этого). Если есть наличие искры на катушке зажигания, можно констатировать, что измеритель СБЗ потерял трудоспособность и ему нужна замена.

Обратим свое внимание, что для выявления искрообразования высоковольтный проводок должен находиться рядом с массой.

  1. Использование мультиметра для контроля. Это способ самый известный, и приводится в руководстве к автомобилю. Необходимо подключить щупы прибора, как показано на рисунке 7, и сделать правильные замеры напряжения.

Датчик на эффекте холла

Схема подсоединения мультиметра для контроля ДХ
На исправном измерителе напряжение будет колебаться в диапазоне от 0,4 до 11 вольт (не забывайте перевести мультиметр в режим измерения постоянного тока). Необходимо заметить, что проверка осциллографом будет гораздо эффективнее.

Подсоединяется он точно также, как и мультиметр. Пример осциллограммы рабочего ДХ приведен ниже.

Датчик на эффекте холла

Осциллограмма исправного датчика Холла СБЗ

  1. Установка заранее рабочего ДХ. Если в наличии есть очередной однотипный измеритель, или есть возможность взять его на определенный период времени, то этот вариант тоже имеет место на существование, тем более если первые два сделать трудно.

Ест очередной вариант проверки, по принципу напоминающий второй способ. Он может быть полезен, если рядом нет приборов для измерений.

Для тестирования понадобиться резистор номиналом 1,0 кОм, светоизлучающий диод, к примеру, из фонаря зажигалки и несколько проводков. Из этого всего набора собираем прибор в согласии с рисунком 9.

Датчик на эффекте холла

Рис.

9. Светоиндикаторный тестер для контроля ДХ
Испытание выполняем по следующему алгоритму:

  1. Проверяем питание на измерителе. Для данной цели подсоединяем (выполняя полярность) наш тестер к клеммам 1 и 3 ДХ. Включаем зажигание, если с питанием все хорошо, светоизлучающий диод загорится, в другом случае потребуется проверять цепь питания (заранее Удостоверившись в правильном подключении светоизлучающего диода).
  2. Проверяем сам измеритель. Для этого кабель с первой клеммы «перебрасываем» на вторую (сигнал с ДХ). После чего начнем крутить распредвал (руками или стартером). Моргание светоизлучающего диода засвидетельствует исправность ДХ. В другом случае, на всякий пожарный случай проверяем соблюдение полярности при подключении светоизлучающего диода, и если оно сделано по уму, — меняем измеритель на новый.

Устройство автомобилей

Микропроцессорное управление двигателем

Эффект Холла и датчики положения

Современные двигатели автомобиля оборудуются автоматизированными средствами управления системой питания и зажигания, использующими информацию, поступающую от многих датчиков для корректировки начала и длительности топливоподачи, и (в системах с принудительным воспламенением) времени подачи искры в цилиндры.
К подобным датчикам, дающим возможность точно определять моменты подачи в цилиндры мотора следующий порции топлива и искры, относятся датчики фаз и датчики положения коленчатого вала, применяющие в собственной работе эффект, открытый практически полтора столетия назад американским физиком Эдвином Гербертом Холлом (Edwin Herbert Hall, 1855-1938), который так и именуют – эффект Холла.

Датчик на эффекте холла

В чем же заключается эффект Холла? Суть данного явления очень проста для понимания любому современному учащемуся начальной школы, знакомому с природой электричества и магнетизма.

Однако в далеком 1879 году, когда Э. Холл сделал собственное открытие, оно, разумеется, открыло научному миру глаза на многие явления в мире который нас окружает.
Эдвин Холл взял тонкую прямоугольную золотую пластинку (рис. 1), разместил ее в регулярном магнитном поле, и пропустил через нее ток, подсоединив противоположные грани пластинки (на рисунке 1 – грани С и D) к источнику постоянного тока.

В результате скрупулезных замеров он установил, что между боковыми гранями пластины (грани Но и В) появилась разница потенциалов, т. е. напряжение. Разумеется, это напряжение было ничтожно мало, но факт оставался фактом – в металле появилась поперечная ЭДС, которая «согнала» часть заряженных частиц к одной из боковых граней.
Природу данного явления современная физика объясняет так.
Когда заряженные частицы, двигаясь по проводнику (любому, не обязательно золотой пластине), проходят через магнитное поле, на них работают силы, описанные голландцем Х. Лоренцем (спустя десятилетие после открытия Э. Холла), и частицы отклоняются от прямолинейной пути. Т. е. если проводник с током расположить в магнитном поле, перпендикулярном к пути движения заряженных частиц (электронов, ионов), они отклонятся от прямолинейной пути, и одна сторона проводника станет отрицательной, а остальная, исходя из этого, положительной.
Использование на практике обнаруженного Э. Холлом явления было сделано лишь через несколько десятков лет. Разница потенциалов, появляющаяся между гранями токонесущего проводника была достаточно мала, и продолжительное время дивный эффект оставался лишь объектом лабораторных исследований.
Так, к примеру, было обнаружено, что разные материалы, применявшиеся в экспериментах в качестве проводника тока, образовывают на гранях разница потенциалов, свойственную лишь этому материалу, что дает возможность, подобным образом, определить любое вещество при помощи простого способа.
Потом, когда возникли разные усилители напряжения, сначала ламповые, а потом полупроводниковые, эффект, открытый Холлом получил достойное и достаточно повсеместное использование во многих областях автомобилестроения, в том числе и в автопрома.
Настоящий триумф эффекта Холла совпал с широким использованием компьютерных устройств, способных исполнять команды в виде электрических сигналов намного быстрее, чем это делали механичные устройства. Собственно с данного периода времени датчики Холла произвели реальную революцию в сложной технике, применяемой человеком для практичных нужд.

Небольшие и легкие в изготовлении устройства дали возможность заменить большие и тяжелые и качественные механизмы во многих машинах.
Как же работают датчики, применяющие эффект Холла для формирования сигналов, поступающих в управляющие устройства систем мотора? На автомобильных двигателях такие датчики устанавливают для слежения за положением распределительного вала ГРМ (измеритель фаз) и положением коленчатого вала (измеритель положения коленчатого вала).

Оба датчика помогают бортовому компьютеру автомобиля (СБУ) понять, в каком положении находятся поршни и клапана мотора, и на основании этого «принимать решение» о времени топливоподачи и искры в цилиндр.

Датчик на эффекте холла

Датчики состоят из электромагнитной катушки, в которой размещён магнитопровод в виде полупроводниковой или пластины из металла из специализированных сплавов. В катушку подается постоянный ток из бортовой автомобильной сети, и вокруг нее образуется постоянное магнитное поле, которое индуцирует в пластине ЭДС Холла, создавая определенную разница потенциалов между ее противоположными гранями.
Если к такому датчику поднести кусок магнитопроводящего металла, то в результате возмущения магнитного потока напряженность поля изменится, что тут же проявится на разности потенциалов между гранями пластины, создав импульс тока и напряжения.
Вот, собственно, и вся премудрость. Пример такого датчика положения коленчатого вала изображен на рисунке 2, б.
Размещаем наш измеритель с катушкой и магнитопроводом где-то в районе распределительного или коленчатого вала, а к валу прикрепим специализированную пластину из металла в виде диска с прорезями, окошками или какими-либо иными метками, которые при прохождении мимо датчика вызовут недовольство магнитного потока и разности потенциалов.
Остается только утвердить метки на подобных инициирующих импульс пластинах с моментом, когда нужно дать компьютеру сигнал о нахождении вала (коленчатого или распределительного) в конкретном положении.
Применение данных обычных устройств дало возможность вообще отказаться от такого сложного узла в системе зажигания, как прерыватель. Как всем известно, слабым местом любого механизма считается наличие подвижных деталей и соединений, которые имеют предрасположенность к изнашиванию и отказам.
Очень много забот автолюбителям доставляли контактные системы, управляющие катушкой зажигания при помощи смыкания и отключения питания 2-ух электрических контактов. Контакты регулярно подгорали, просвет между ними нуждался в регулировке, и система часто давала сбой в работе.
Потом на смену таким прерывателям пришли улучшенные устройства, которые применяют эффект Холла в виде размещенной в корпусе такого прерывателя катушки, закрытой железной (магнитопроводящей) чашкой с боковыми прорезями. Инициирующий компонент (скоба из металла или пластина) крутится наряду с валом прерывателя, и при прохождении мимо прорезей чашки индуцировал в витках катушки электрический импульс, какой после усиления применялся для управления катушкой зажигания.

Эта конструкция позволила отказаться от контактов в прерывателе.

Датчик на эффекте холла

Последующие улучшения аналогичной конструкции стали причиной отказу от массивной катушки в прерывателях данного типа, и в них устанавливали очень маленькие датчики с прорезью в магнитопроводе, через какую иногда проходила вращающаяся пластина из металла, закрепленная на валу прерывателя (рис. 2, а).
Все таки, прерыватель, собой представляет очень не простое устройство которое работает механически с подвижными деталями, все еще не давал покоя конструкторам и изобретателям, стремящимся облегчить и увеличить безаварийность системы зажигания.
Другим этапом улучшения системы зажигания был полный отказ от прерывателя, функцию которого взяли на себя датчики положения, применяющие эффект Холла и разные инициаторы импульсов в виде пластин с прорезями или окнами, закрепленными конкретно на валах, положение которых нужно контролировать. Эти приспособления фактически лишены сопряженных подвижных деталей, по этой причине несравненно лучше в работе, чем системы зажигания, использовавшие прерыватели разных типов и конструкций.
Конструктивно датчики положения, применяющие эффект Холла выполняются в разнообразных вариантах – щелевыми, когда пластина на валу передвигается в специализированной прорези на магнитопроводе, или торцевыми, размещаемыми рядом с инициирующей пластиной.
Торцевые датчики в большинстве случаев используется в виде датчиков положения коленчатого вала, а щелевые датчики часто используются в качестве датчика фаз. Однако, это конструктивное отличие не значительно – ведь рабочий принцип датчиков такого типа одинаков, и в его основе лежит эффект, открытый несколько лет назад Эдвином Холлом.

Что такое датчики Холла, рабочий принцип, типы, использование, плюсы и минусы

В статье узнаете, Что такое измеритель Холла, рабочий принцип, его типы, использование в промышленности, плюсы и минусы.
Датчики Холла широко применяются в самых разных областях.

В этом посте мы поговорим про то, как они работают, их типах, приложениях, недостатках и преимуществах.

Что такое измеритель Холла

Магнитные датчики — это твердотельные устройства, которые генерируют электрические сигналы, пропорциональные приложенному к нему магнитному полю. Эти электрические сигналы после дополнительно отделываются специализированной электронной схемой пользователя для получения желаемого выхода.
Сейчас эти магнитные датчики способны реагировать на большой спектр магнитных полей.

Одним из подобных устройств считается измеритель Холла, выход которого (напряжение) зависит от плотности магнитного поля.
Внешнее магнитное поле применяется для активации данных датчиков эффекта Холла.

Отслеживаемый магнитный поток крепится датчиком, когда его плотность за пределы конкретного порога. При нахождении измеритель вырабует анодное напряжение, которое также известно как напряжение Холла.

Эти измерительные детали очень востребованы и имеют довольно большое применение, к примеру датчики приближения, переключатели, датчики частоты вращения колес, датчики положения и т. д.

Приобрести измеритель вы можете в популярном китайском онлайн магазине «АлиЭкспресс». Брали оттуда, все рабочие, рекомендуем.

Рабочий принцип датчика Холла

Измеритель Холла построен на принципе Холла. Такой принцип говорит, что когда проводник или полупроводник с током, текущим в одном направлении, вводится перпендикулярно магнитному полю, напряжение может измеряться под прямым углом к пути тока.

Как работает измеритель Холла

Работа датчика Холла описана ниже:

  • Когда переменный ток идет через измеритель, электроны двигаются по нему по прямой линии.
  • Когда на измеритель действует внешнее магнитное поле, сила Лоренца отклоняет носители заряда, следуя выгнутой пути.
  • Благодаря этому отрицательно заряженные частицы — электроны — будут уклоняться к одной стороне датчика, а благоприятно заряженные отверстия — к другой.
  • Благодаря этому накопления электронов и дырок на различных сторонах пластины напряжение (разница потенциалов) наблюдается между сторонами пластины. Полученное напряжение прямо пропорционально переменному току и напряженности магнитного поля.

Типы датчиков Холла

Датчики эффекта Холла можно поделить на 2 типа:

  • на основании вывода;
  • на основании операции.

На основе результатов

На основе выходных данных датчики Холла можно поделить по типу выхода:

Датчики Холла с аналоговым выходом

Датчики Холла с аналоговым выходом содержат регулятор напряжения, компонент Холла и усилитель. Как видно из названия, выход данного типа датчика считается аналоговым по собственной природе и пропорционален напряженности магнитного поля и выходу элемента Холла.

Эти измерительные детали имеют постоянный линейный выход. Благодаря подобному свойству они годятся для применения в качестве датчиков приближения.

Датчики Холла с цифровым выходом

Датчики эффекта Холла с цифровым выходом имеют лишь два выхода: «вкл.» и «выкл.». Эти датчики имеют дополнительный компонент — «триггер Шмитта», отличаясь этим от датчиков Холла с аналоговым выходом.

Собственно триггер Шмитта вызывает эффект гистерезиса, и по этой причине достигаются два самых разных пороговых уровня. Исходя из этого, выход всей цепи будет либо невысоким, либо высоким.

Переключатель эффекта Холла — один из датчиков такого типа. Эти датчики цифрового вывода широко применяются в качестве концевых выключателей в станках с числовым программным управлением, трехмерных (3D) принтерах и позиционных блокировках в автоматических системах.

На основе операции

На основе операции датчики эффекта Холла можно поделить на 2 типа:

Биполярный измеритель Холла

Как видно из названия, эти датчики просят как позитивных, так и негативных магнитных полей для собственной работы. Положительное магнитное поле южного полюса магнита применяется для активации датчика, а отрицательное магнитное поле северного полюса — для его выключения.

Униполярный измеритель Холла

Как видно из названия, эти датчики просят только позитивного магнитного поля южного полюса магнита, чтобы быть активированными. Такая же полярность задействуется для выключения датчика.

Использование датчика Холла

Приложения датчиков Холла были представлены в 2-ух категориях для простоты понимания.

  • использование аналоговых датчиков Холла;
  • использование цифровых датчиков Холла.

Использование аналоговых датчиков Холла

Аналоговые датчики с эффектом Холла применяются:

  • чтобы провести измерения постоянного тока в токоизмерительных клещах (также популярных как Tong Testers);
  • определения частоты вращения колеса для антиблокировочной тормозной системы (ABS);
  • устройства управления двигателем для защиты и индикации;
  • определения наличия питания;
  • зондирования движения;
  • измерения скорости потока;
  • в качестве датчика давления в мембранном манометре;
  • выявления вибрации;
  • обнаружения черного металла в детекторах черного металла;
  • регулирования напряжения.

Использование цифровых датчиков Холла

Цифровые датчики эффекта Холла применяются:

  • для определения углового положения коленчатого вала для угла зажигания свечей зажигания;
  • выяснения положения автомобильных сидений и ремней безопасности для контроля подушек безопасности;
  • беспроводной связи;
  • определения давления;
  • в качестве сенсора приближения;
  • фиксации скорости потока;
  • выяснения позиции клапанов;
  • контроля положения объектива.

Плюсы датчиков Холла

Датчики эффекта Холла имеют следующие плюсы:

  • выполняют пару функций, например как обозначение положения, скорости, а еще направления движения;
  • так как являются твердотельными устройствами, то вовсе не предрасположены изнашиванию из-за отсутствия двигающихся частей;
  • практически не требуют обслуживания;
  • надежные;
  • нечувствительны к вибрации, пыли и воде.

Минусы датчиков Холла

Датчики эффекта Холла имеют следующие минусы:

  • Не способны мерить ток на расстоянии более 10 см. Правильное решение для преодоления данной проблемы состоит в применении очень сильного магнита, который может вырабатывать широкое магнитное поле.
  • Точность измеренного значения всегда считается трудностью, так как наружные магнитные поля могут оказывать влияние на значения.
  • Большая температура влияет на сопротивление проводника. Это со своей стороны отобразится на подвижности носителя заряда и чувствительности датчиков Холла.

Как большие электрические нагрузки можно контролировать при помощи датчиков Холла

Мы уже знаем, что выходная мощность датчика Холла достаточно мала (от 10 до 20 мА). По этой причине он не может напрямую контролировать большие электрические нагрузки.

Все таки мы можем контролировать большие электрические нагрузки при помощи датчиков Холла, добавив NPN-транзистор с открытым коллектором (слив тока) к выходу.
Транзистор NPN (приемник тока) функционирует в насыщенном состоянии в качестве переключателя приемника. Он замыкает выходной контакт заземлением, когда плотность потока превосходит заранее установленное значение «вкл.».

Выходной переключающий транзистор может быть в самых различных конфигурациях, например как транзистор с открытым эмиттером, открытым коллектором или два этих типа. Вот так он обеспечивает двухтактный выход, который дает возможность ему употреблять достаточный ток для непосредственного управления высокими нагрузками.

Как работает измеритель Холла Видео


Тимеркаев Борис — 68-летний врач физико-математических наук, профессор из России.

Он считается заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

Измеритель Холла

Официальное наименование – измеритель положения на эффекте Холла.
Это измеритель, работающий на эффекте Холла, суть которого состоит в том, что при при помещении в магнитное поле некоторого проводника с постоянным током, в этом проводнике появляется поперечная разница потенциалов. Также называет холловским напряжением.
Измеритель Холла очень широко популярен в машиностроении, с его помощью измеряют угол положения распредвала, на отдельных автомобилях – угол положения коленчатого вала, на более старых автомобилях он сигнализировал о моменте искрообразования.

Датчик на эффекте холла

Эффект Холла состоит в том, что при пропускании тока через клеммы «а» полупроводниковой пластины, помещенной в поле магнита, на боковых клеммах «б» возникает напряжение.
Еще во второй половине 70-ых годов XIX века американский физик Э. Холл, работавший в балтиморском университете, открыл интересное явление, суть которого состояла в следующем. Если в магнитное поле поместить прямоугольную полупроводниковую пластину и к узким ее граням подвести переменный ток, то на широких, гранях пластины появится напряжение, величина которого может быть от десятков микровольт до сотен милливольт.

Впрочем техническое использование такого результата вынужденно задержалось практически на 75 лет, до тех пор, когда настало товарное производство полупроводниковых пленок с нужными качествами.

Датчик на эффекте холла

Устройство датчика Холла:
1 — постоянный магнит;
2 — лопасть ротора;
3 — магнитопроводы;
4 — пластмассовый корпус;
5 — микросхема;
6 — выводы.
Еще позднее, при развитии микроэлектроники, получилось сделать очень маленький измеритель, который содержит все что необходимо — постоянный магнит и микросхему с чувствительным элементом. Данное устройство владеет рядом бесспорных хороших качеств.
Во-первых — небольшие размеры.
Второе, и это очень важно, изменение частоты срабатывания (говоря иначе — оборотов мотора) не вызывает смещения момента измерения.
Третье, электрический сигнал от датчика имеет, по терминологии профессиональных мастеров, четырехугольную форму: при включении он сразу набирает конкретную и постоянную величину, а не носит характер всплесков. Для управления электроникой это большой плюс.
Есть у датчика и прочие хорошие качества, но упомянем о минусах. Основной из них тот, что свойствен всякой электронной схеме: измеритель чувствительный к электромагнитным помехам, возникающим в цепи питания (о мерах предосторожности, диктуемых этим обстоятельством, скажем ниже).

Более того, измеритель Холла дороже магнитоэлектрического и в теории менее надежный, так как содержит электронную схему, впрочем широкомасштабное производство и развитие технологии сводят данные моменты до минимума.
Работает измеритель Холла так. Когда через просвет проходит железная лопасть ротора, магнитный поток шунтируется и индукция на микросхеме равна нулю.

При этом сигнал на выходе из датчика относительно «массы» имеет большой уровень, другими словами практически равён напряжению питания.

Датчик на эффекте холла

Так можно проверить трудоспособность датчика Холла:
1 — измеритель;
2 — разъем;
3 — резистор МЛТ-0,25 1,5 кОм;
4 — светоизлучающий диод или вольтметр (тестер);
5 — батарейка 9 В.
Проверять измеритель намного лучше осциллографом. Но с популярной осторожностью можно и очень простым оборудованием, прямо на машине.
Первое что необходимо сделать — отсоединить разъем кабеля, подходящего к датчику. Очень важное требование, которое следует свято исполнять: зажигание при этом должно быть выключено! Несоблюдение данного условия — одна из главных причин выхода из строя датчиков Холла в работе.

Теперь соберите обычную схему, показанную на рисунке. При прохождении магнита мимо датчика светоизлучающий диод должен поперемено загораться и тухнуть, указывая на наличие сигнала.
Еще одно важное замечание: только не контролируйте измеритель контрольной лампой! Только так погублено много приборов.

Как клеить фанеру
Вопросы о ремонте
0 0
Как вытащить анкерный болт
Вопросы о ремонте
0 0
Как красят порошковой краской
Вопросы о ремонте
0 0
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

20 − 7 =