устройство, принцип работы и назначение
Магнитные датчики Холла широко распространены в современных условиях и применяются не только в специализированных изделиях, но и в обычной бытовой технике. Большинство пользователей даже не подозревают, какие чувствительные элементы работают у них в телефоне, например, и что они могут быть установлены не только в электронной аппаратуре, но и в средствах передвижения (в автомобиле или мотоцикле). В этой статье мы рассмотрим устройство, принцип работы и назначение датчика Холла.
- Принцип действия и типы
- Историческая справка
- Классификация
- Устройство и примеры использования
- Применение в системе зажигания и стиральных машинах
- В бытовых условиях
Принцип действия и типы
Использование сенсоров в различных устройствах (в планшете, в частности) объясняется их способностью реагировать на изменения поля и отключаться при закрытии магнитной крышки чехла. Благодаря этому свойству они устанавливаются и в стиральных машинах, позволяя контролировать скорость вращения барабана.
Если выразиться простым языком – здесь датчик Холла используется как тахометр.
Историческая справка
Чтобы понять принцип работы этого элемента, потребуется небольшой экскурс в историю. В 1879 году американский физик Холл открыл интересное явление, связанное с поведением проводника с током в магнитном поле. Проверка показала, что если через помещенную между магнитами медную пластину пропускать ток, то на ее боковых гранях появляется разность потенциалов. Возникает закономерный вопрос: как проверить это напряжение в домашних условиях?
Оказалось, что на практике его можно измерить мультиметром или любым другим прибором, имеющим соответствующие пределы. То же самое можно сделать любым подходящим тестером или подобным ему прибором.
Подключение измерителя подтверждает то, что движущиеся электроны под действием магнитного поля отклоняются в сторону (перпендикулярно направлению их движения).
Важно! Величина этого отклонения или разность потенциалов пропорциональна «мощности» магнитов и силе тока через пластину.
На этом основании Холл заключил, что такой проводник – хорошее средство для измерения магнитного поля. На данном эффекте основана работа особого чувствительного элемента, называемого датчиком Холла. Разобравшись с тем, как он работает в каждом конкретном устройстве, можно быть уверенным в окончательном усвоении его принципа действия.
Классификация
Важно понимать, какие бывают датчики Холла, и по какому принципу их принято классифицировать. По особенностям работы и тому для чего он нужен или по назначению, датчик Холла может иметь различные исполнения. Одна из разновидностей – аналоговые приборы, вырабатывающие на выходе непрерывный сигнал.
В отличие от них цифровой элемент имеет только два дискретных состояния («ноль» и «единица»). Эта разновидность прибора может быть униполярной или иметь биполярный тип. Первая из них срабатывает при обнаружении поля любой полярности и отключается при его исчезновении. То есть униполярный цифровой сенсор реагирует только на отсутствие или наличие магнитной напряженности.
Рассмотренные особенности каждого из подвидов также помогают понять, что это такое – датчик Холла.
Униполярные сенсоры переключаются в «единицу» лишь при достижении полем порогового уровня и не способны определять его наличие при слабых напряженностях. Указанное свойство – существенный минус таких приборов, заметно ограничивающий сферу их применения. Биполярный датчик срабатывает с учетом полярности магнитного поля, одна из которых включает его, а другая – выключает.
Условное графическое обозначение приборов этого класса приведено на фото ниже:
Устройство и примеры использования
Простейшая система с датчиком Холла включает в свой состав следующие элементы:
- Постоянный магнит (его функция – создание магнитного поля).
- Подвижный ротор с лопастями или зубцами.
- Особый стержень из магнитного материала (магнитопровод).
- Пластиковый корпус.
Помимо этого, техническая характеристика датчика предусматривает применение микросхем, задействованных в измерительном процессе.
Понять принцип работы этого прибора удается, если ознакомиться с подробной схемой включения датчика Холла в зоне проведения измерений. Схема подключения и суть работы сенсора может быть представлена следующим образом:
- В зазоре, образованном половинками магнитопровода, перемещаются металлические лопасти ротора.
- При их вращении происходит периодическое шунтирование магнитного потока.
- Встроенной микросхемой предусмотрено определение нулевого показателя индукции (в эти моменты напряжение на ее выходе максимально).
- По частоте таких всплесков, подсчитываемой той же микросхемой, судят о скорости вращения контролируемого объекта (двигательного вала в мотоцикле, например).
Чтобы этот процесс протекал нормально – при включении сенсора в измерительную цепь должна учитываться цоколевка данного образца (она бывает разной).
Обобщая рассмотренную схему, следует предположить, что датчики этого класса способны измерять скорость вращения коленвала любого движущегося средства.
Универсальность сенсора, не исключающая возможности его установки в скутере, например, позволяет применять датчик Холла не только в сложных технических устройствах, но и в обычной бытовой технике.
Применение в системе зажигания и стиральных машинах
При использовании датчика Холла в системе зажигания автомобиля с его помощью удается фиксировать момент размыкания трамблера. В данном случае он работает как аналоговый преобразователь, определяющий мгновения прерывания бортового питания. На этом же принципе базируется его применение в рабочих модулях стиральной машины, что позволяет по скорости вращения барабана определять увеличение веса белья.
Датчики Холла устанавливаются и в некоторых образцах измерительной аппаратуры. Чаще всего ими комплектуются бесконтактные клещи, применяемые для измерения тока в проводниках. Встроенный прибор реагирует на изменение электромагнитного поля, образующегося вокруг силового кабеля. Кроме того, он подходит для ручки газа электровелосипеда, позволяя контролировать угол ее поворота.
В бытовых условиях
В клавиатурах компьютеров эти приборы обеспечивают бесконтактный способ снятия информации. Сенсор, входящий в состав кулера бытового ПК, способен управлять полярностью обмоток ротора, то есть менять направление его вращения.
При использовании такого элемента в смартфоне, в частности, он обеспечивает выключение устройства при помещении его в чехол с «магнитной» застежкой.
Рассматривая области применения датчики Холла простыми словами можно сказать, что его использование в технической сфере практически ничем не ограничено. В электронном конструкторе Ардуино, например, имеется набор с таким датчиком, позволяющий на практике проиллюстрировать эффект Холла.
Это не единственный пример его использования в целях обучения, помогающий начинающим пользователям понять, как подключить и использовать сенсоры полевых структур.
В заключение отметим, что к недостаткам датчиков Холла относят их чувствительность к электромагнитным помехам, нередко возникающим в рабочих цепях.
Кроме того, использование сложных электронных модулей в конструкции прибора в какой-то мере влияет на его надежность, несколько снижая ее. Эти минусы сенсора не рассматриваются как его дефекты, а просто учитываются при работе с аппаратурой.
Теперь вы знаете, что такое датчик Холла, как он работает и зачем нужен. Надеемся, предоставленная информация была для полезной и интересной!
Материалы по теме:
- Что такое тензодатчик и как он устроен
- Для чего нужны концевые выключатели
- Чем отличается переменный ток от постоянного
Ошибка
- Автомобиль — модели, марки
- Устройство автомобиля
- Ремонт и обслуживание
- Тюнинг
- Аксессуары и оборудование
- Компоненты
- Безопасность
- Физика процесса
- Новичкам в помощь
- Приглашение
- Официоз (компании)
- Персоны
- Наши люди
- ТЮВ
- Эмблемы
- А
- Б
- В
- Г
- Д
- Е
- Ё
- Ж
- З
- И
- Й
- К
- Л
- М
- Н
- О
- П
- Р
- С
- Т
- У
- Ф
- Х
- Ц
- Ч
- Ш
- Щ
- Ъ
- Ы
- Ь
- Э
- Ю
- Я
Навигация
- Заглавная страница
- Сообщество
- Текущие события
- Свежие правки
- Случайная статья
- Справка
Личные инструменты
- Представиться системе
Инструменты
- Спецстраницы
Пространства имён
- Служебная страница
Просмотры
Перейти к: навигация, поиск
Запрашиваемое название страницы неправильно, пусто, либо неправильно указано межъязыковое или интервики название.
Возврат к странице Заглавная страница.
Если Вы обнаружили ошибку или хотите дополнить статью, выделите ту часть текста статьи, которая нуждается в редакции, и нажмите Ctrl+Enter. Далее следуйте простой инструкции.
#02 О датчиках Холла | Учебники | Датчики Холла | Продукты
О датчиках Холла
#02 Основные сведения о магнитных датчиках
Среди магнитных датчиков датчик, использующий эффект Холла, называется датчиком Холла. Датчики Холла состоят из нескольких частей. Во-первых, он содержит элемент Холла, который выдает напряжение Холла (HV), созданное за счет эффекта Холла. Во-вторых, он содержит ИС Холла, которая преобразует выход Холла в цифровой выход High/Low из процесса IC. В-третьих, он содержит микросхему линейного датчика Холла, которая усиливает и линеаризует выходной сигнал Холла.
Элементы Холла
Особенности
Поскольку это простой датчик с клеммами, прикрепленными к полупроводнику, элемент Холла можно использовать как для цифровых, так и для аналоговых целей, в зависимости от схемотехники последующей ступени.
Выходное напряжение может быть получено от нескольких десятков до нескольких сотен милливольт.
Выходные характеристики
Выходное напряжение пропорционально величине магнитного поля, вертикально воздействующего на датчик, и выдает положительное и отрицательное напряжение в соответствии с направлением магнитного поля. Выходное напряжение при отсутствии вертикального магнитного поля равно 0 В (*1).
*1 Напряжение смещения присутствует даже при отсутствии магнитного поля в реальном случае.
Фигура 1. Выходная характеристика элемента Холла
Как использовать
Элемент Холла имеет в общей сложности четыре клеммы, управляющее напряжение (или управляющий ток), две клеммы GND для входа и две клеммы дифференциального выхода. Можно поддерживать либо привод постоянного тока, либо привод постоянного напряжения, если он ниже максимального номинала.
Рис.
2. Принципиальная схема работы (справочная)
Применение
Элементы Холла используются в бесколлекторных двигателях постоянного тока и приводах объективов для смартфонов и цифровых фотокамер.
ИС Холла
Характеристики
ИС Холла сравнивает выходной сигнал элемента Холла с определенным пороговым значением и выводит его как высокий или низкий. Поскольку диапазон выходного напряжения регулируется источником питания, к следующему каскаду можно легко подключить микрокомпьютер. Есть тип переключателя, который может определять силу магнитного поля, и тип защелки, который может определять полярность магнитного поля.
Выходные характеристики
Выходное напряжение определяется как высокое или низкое в зависимости от величины магнитного поля, вертикально воздействующего на датчик. Существует три вида результата обнаружения полюса: полюс S, полюс N и биполярный.
Когда величина магнитного поля превышает Bop, выходное напряжение становится низким, а когда оно становится ниже Brp, выходное напряжение становится высоким.
В этом случае между Brp и Bop выполняется условие «Brp < Bop (с гистерезисом)».
Рис. 3. Выходные характеристики ИС Холла при обнаружении южного полюса
Как использовать
Линейная ИС Холла имеет две входные клеммы, VCC и GND, и одну выходную клемму. Подключение ИС, как показано на рисунке 4, к элементу Холла реализует ИС Холла. Он управляется постоянным напряжением.
Рис. 4. Принципиальная схема работы (справочная)
Приложения
ИС Холла типа переключателя используются в переключателях открытия/закрытия в бытовой электронике, а ИС Холла типа защелки используются в бесщеточных двигателях или для обнаружения вращения.
Линейная ИС Холла
Особенности
Линейная ИС Холла применяет усиление к выходу элемента Холла, что приводит к линейному выходу (*2).
Поскольку диапазон выходного напряжения регулируется блоком питания, MCU можно легко подключить к следующему каскаду.
*2 Выход Rail-to-Rail.
Выходные характеристики
Выходное напряжение пропорционально величине магнитного поля, вертикально воздействующего на датчик. Он колеблется от 0 В до VCC в зависимости от направления магнитного поля. Выходное напряжение при отсутствии вертикального магнитного поля составляет VCC/2 (*3).
*3 Напряжение смещения присутствует даже при отсутствии магнитного поля в фактическом случае
Рис. 5. Выходные характеристики интегральной схемы с линейным датчиком Холла
Как использовать
Линейная ИС Холла имеет две входные клеммы, VCC и GND, и одну выходную клемму. Подключение ИС, как показано на рисунке 6, к элементу Холла реализует линейную ИС Холла. Работает от постоянного напряжения.
Рис. 6. Принципиальная схема работы (справочная)
Применение
Линейные ИС Холла используются в датчиках уровня жидкости, датчиках тока и угловых датчиках.
Базовые знания о магнитном датчике
СВИТОК
Датчики Холла — Littelfuse
- Главная
- > Продукты
- > Магнитные датчики и герконы
- > Датчики Холла
- Печать
Датчик зубчатой передачи M12 из нержавеющей стали Напряжение питания (В постоянного тока): от 4,75 до 25,2 Тип выхода: Цифровой Высокий выходной сигнал: VDD-2 |
Миниатюрный датчик Холла с фланцевым креплением Напряжение питания (В постоянного тока): от 3,75 до 24, от 3,8 до 24, от 4,5 до 5,5 Тип вывода: Текущий Высокий выходной сигнал: 4,65 В, сток/открытый коллектор |
Датчик Холла с фланцевым креплением Напряжение питания (В постоянного тока): от 3,75 до 24, от 3,8 до 24, от 4,5 до 5,5 Высокий выходной сигнал: 4,65 В, сток/открытый коллектор Низкий выходной сигнал: 0,35 В, 0,4 В при 20 мА, от 2,2 до 5,6 мА |
|
|
|
|
- Технические ресурсы
- Просмотреть все
- Каталоги продукции
| Руководство по выбору датчиков В этом руководстве представлены вводные сведения о магнитных датчиках и варианты дополнительных пакетов индивидуального дизайна. |
