Холл датчик: принцип работы, как проверить своими руками, применение

Содержание

принцип работы, как проверить своими руками, применение

Электромагнитное устройство, именуемое датчиком Холла (далее ДХ), применяется во многих приборах и механизмах. Но наибольшее применение ему нашлось в автомобилестроении. Практически во всех моделях отечественного автопрома (ВАЗ 2106, 2107, 2108 и т.д.) бесконтактная система зажигания для бензинового двигателя управляется этим датчиком. Соответственно, при его выходе из строя возникают серьезные проблемы с работой двигателя. Чтобы не ошибиться при диагностике, необходимо понимать принцип работы датчика, знать его конструкцию и методы тестирования.

Кратко о принципе работы

В основу принципа действия датчика зажигания положен эффект Холла, получивший свое название в честь американского физика, открывшего это явление в 1879 году. Подав постоянное напряжение на края прямоугольной пластины (А и В на рис. 1) и поместив ее в магнитное поле, Эдвин Холл обнаружил разность потенциалов на двух других краях (С и D).

Рис .1. Демонстрация эффекта Холла

В соответствии с законами электродинамики, сила Лоренца воздействует на носители заряда, что и приводит к разности потенциалов. Величина напряжения U_холла довольно мала, в пределах от 10 мкВ до 100 мВ, она зависит как от силы тока, так и напряженности электромагнитного поля.

До середины прошлого века открытие не находило серьезного технического применения, пока не было налажено производство полупроводниковых элементов на основе кремния, сверхчистого германия, арсенида индия и т.д., обладающих необходимыми свойствами. Это открыло возможности для производства малогабаритных датчиков, позволяющих измерять как напряженность поля, так и силу тока, идущего по проводнику.

Типы и сфера применения

Несмотря на разнообразие элементов, применяющих эффект Холла, условно их можно разделить на два вида:

Аналоговые, использующие принцип преобразования магнитной индукции в напряжение. То есть, полярность, и величина напряжения напрямую зависят от характеристик магнитного поля.
На текущий момент этот тип приборов, в основном, применяется в измерительной технике (например, в качестве, датчиков тока, вибрации, угла поворота). Датчики тока, использующие эффект Холла, могут измерять как переменный, так и постоянный ток
Цифровые. В отличие от предыдущего типа датчик имеет всего два устойчивых положения, сигнализирующих о наличии или отсутствии магнитного поля. То есть, срабатывание происходит в том случае, когда интенсивность магнитного поля достигла определенной величины. Именно этот тип устройств применяется в автомобильной технике в качестве датчика скорости, фазы, положения распределительного, а также коленчатого вала и т.д.

Следует отметить, что цифровой тип включает в себя следующие подвиды:

униполярный – срабатывание происходит при определенной силе поля, и после ее снижения датчик переходит в изначальное состояние;
биполярный – данный тип реагирует на полярность магнитного поля, то есть один полюс производит включение прибора, а противоположный – выключение.

Внешний вид цифрового датчика Холла

Как правило, большинство датчиков представляет собой компонент с тремя выводами, на два из которых подается двух- или однополярное питание, а третий является сигнальным.

Пример использования аналогового элемента

Рассмотрим в качестве примера конструкцию датчика тока ы основе работы которого используется эффект Холла.

Упрощенная схема датчика тока на основе эффекта Холла

Обозначения:

А – проводник.
В – незамкнутое магнитопроводное кольцо.
С – аналоговый датчик Холла.

D – усилитель сигнала.

Принцип работы такого устройства довольно прост: ток, проходящий по проводнику, создает электромагнитное поле, датчик измеряет его величину и полярность и выдает пропорциональное напряжение U_ДТ, которое поступает на усилитель и далее на индикатор.
https://www.youtube.com/watch?v=fmLs9WsKx3I

Назначение ДХ в системе зажигания автомобиля

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

Рис. 5. Принцип устройства СБЗ

Обозначения:

А – датчик.
B – магнит.
С – пластина из магнитопроводящего материала (количество выступов соответствует числу цилиндров).

Алгоритм работы такой схемы выгладит следующим образом:

При вращении вала прерывателя-распределителя (движущемуся синхронно коленвалу) один из выступов магнитопроводящей пластины занимает позицию между датчиком и магнитом.

В результате этого действия изменяется напряженность магнитного поля, что вызывает срабатывание ДХ. Он посылает электрический импульс коммутатору, управляющему катушкой зажигания.
В Катушке генерируется напряжение, необходимое для формирования искры.

Казалось бы, ничего сложного, но искра должна появиться именно в определенный момент. Если она сформируется раньше или позже, это вызовет сбой в работе двигателя, вплоть до его полной остановки.

Внешний вид датчика Холла для СБЗ ВАЗ 2110

Проявление неисправности и возможные причины

Нарушения в работе ДХ можно обнаружить по следующим косвенным признакам:

Происходит резкое увеличение потребления топлива.
Это связано с тем, что впрыск топливно-воздушной смеси производится более одного раза за один цикл вращения коленвала.
Проявление нестабильной работы двигателя. Автомобиль может начать «дергаться», происходит резкое замедление. В некоторых случаях не удается развить скорость более 50-60 км.ч. Двигатель «глохнет» в процессе работы.
Иногда выход из строя датчика может привести к фиксации коробки передач, без возможности ее переключения (в некоторых моделях импортных авто). Для исправления ситуации требуется перезапуск мотора. При регулярных подобных случаях можно уверенно констатировать выход из строят ДП.
Нередко поломка может проявиться в виде исчезновения искры зажигания, что, соответственно, повлечет за собой невозможность запуска мотора.
В системе самодиагностики могут наблюдаться регулярные сбои, например, загореться индикатор проверки двигателя, когда он на холостом ходу, а при повышении оборотов лампочка гаснет.

Совсем не обязательно, что перечисленные факторы вызваны выходом из строя ДП. Высока вероятность того, неисправность вызвана другими причинами, а именно:

попаданием мусора или других посторонних предметов на корпус ДП;
произошел обрыв сигнального провода;
в разъем ДП попала вода;
сигнальный провод замкнулся с «массой» или бортовой сетью;
порвалась экранирующая оболочка на всем жгуте или отдельных проводах;
повреждение проводов, подающих питание к ДП;
перепутана полярность напряжения, поступающего на датчик;
проблемы с высоковольтной цепью системы зажигания;
проблемы с блоком управления;
неправильно выставлен зазор между ДП и магнитопроводящей пластиной;
возможно, причина кроется в высокой амплитуде торцевого биения шестеренки распределительного вала.

Как проверить работоспособность датчика Холла?

Есть разные способы, позволяющие проверить исправность датчика СБЗ, кратко расскажем о них:

Имитируем наличие ДХ. Это наиболее простой способ, позволяющий быстро провести проверку. Но его эффективности может идти речь только в том случае, если не формируется искра при наличии питания на основных узлах системы. Для тестирования следует выполнить следующие действия:

отключаем от трамблера трехпроводной штекер;
запускаем систему зажигания и одновременно с этим «коротим» проводом массу и сигнал с датчика (контакты 3 и 2, соответственно). При наличии искры на катушке зажигания, можно констатировать, что датчик СБЗ потерял работоспособность и ему необходима замена.

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

Применение мультиметра для проверки. Это способ наиболее известный, и приводится в руководстве к автомобилю. Нужно подключить щупы прибора, как продемонстрировано на рисунке 7, и произвести замеры напряжения.

Схема подключения мультиметра для проверки ДХ

На исправном датчике напряжение будет колебаться в диапазоне от 0,4 до 11 вольт (не забудьте перевести мультиметр в режим измерения постоянного тока). Следует заметить, что проверка осциллографом будет намного эффективней. Подключается он таким же образом, как и мультиметр. Пример осциллограммы рабочего ДХ приведен ниже.

Осциллограмма исправного датчика Холла СБЗ

Установка заведомо рабочего ДХ. Если в наличии имеется еще один однотипный датчик, или имеется возможность взять его на время, то данный вариант тоже имеет место на существование, особенно если первые два сделать затруднительно.

Ест еще один вариант проверки, по принципу напоминающий второй способ. Он может быть полезен, если под рукой нет измерительных приборов. Для тестирования понадобиться резистор номиналом 1,0 кОм, светодиод, например, из фонарика зажигалки и несколько проводков. Из всего этого набора собираем прибор в соответствии с рисунком 9.

Рис. 9. Светоиндикаторный тестер для проверки ДХ

Тестирование осуществляем по следующему алгоритму:

Проверяем питание на датчике. Для этой цели подключаем (соблюдая полярность) наш тестер к клеммам 1 и 3 ДХ. Включаем зажигание, если с питанием все нормально, светодиод загорится, в противном случае потребуется проверять цепь питания (предварительно убедившись в правильном подключении светодиода).
Проверяем сам датчик. Для этого провод с первой клеммы «перебрасываем» на вторую (сигнал с ДХ). После этого начинаем крутить распредвал (руками или стартером). Моргание светодиода засвидетельствует исправность ДХ. В противном случае, на всякий случай проверяем соблюдение полярности при подключении светодиода, и если оно выполнено правильно, — меняем датчик на новый.

Датчик Холла | Виды, принцип работы, как проверить

Что такое датчик Холла

Датчики Холла представляют из себя твердотельные радиоэлементы, которые становятся все более популярными в радиолюбительской среде и разработке радиоэлектронных устройств. Они применяются в датчиках измерения положения, скорости или направленного движения. Они все чаще заменяют собой путевые выключатели и герконы. Так как такие датчики являются абсолютно герметичными и представляют из себя простой радиоэлемент, то они не боятся вибрации, пыли и влаги. То есть по сути датчик Холла простыми словами – это радиоэлемент, который реагирует на внешнее магнитное поле.

Эффект Холла

Дело было еще в 19-ом веке. Американский физик Эдвин Холл обнаружил очень странный эффект. Он взял пластинку золота и стал пропускать через неё постоянный ток. На рисунке эту пластинку я пометил гранями ABCD.

Он пропускал постоянный ток через грани D и B. Потом поднес перпендикулярно пластинке постоянный магнит и обнаружил напряжение на гранях А и C! Этот эффект и был назван в честь этого великого ученого. Основной физический принцип данного эффекта был основан на силе Лоренца. Поэтому радиоэлементы, основанные на эффекте Холла, стали называть датчиками Холла.

Но здесь один маленький нюанс. Дело в том, что напряжение Холла даже при самой большой напряженности магнитного поля будет какие-то микровольты. Согласитесь, это очень мало. Поэтому, помимо самой пластинки в датчик Холла устанавливают усилители постоянного тока, логические схемы переключения, регулятор напряжения а также триггер Шмитта. В самом простом переключающем датчике Холла все это выглядит примерно вот так:

где

Supply Voltage – напряжение питания датчика

Ground – земля

Voltage Regulator – регулятор напряжения

А – операционный усилитель

Hall Sensor – собственно сама пластинка Холла

Output transisitor Switch – выходной переключающий транзистор (транзисторный ключ)

Линейные (аналоговые) датчики Холла

В линейных датчиках напряжение Холла (напряжение на гранях А и С) будет зависеть от напряженности магнитного поля. Или простыми словами, чем ближе мы поднесем магнит к датчику, тем больше будет напряжение Холла. Это и есть прямолинейная зависимость.

В линейных датчиках Холла выходное напряжение берется сразу с операционного усилителя. То есть в линейных датчиках вы не увидите триггер Шмитта, а также выходного переключающего транзистора. То есть все это будет выглядеть примерно вот так:

О чего же зависит напряжение на гранях А и С? В основном от магнитного поля, создаваемым либо постоянным магнитом, либо электромагнитом; толщиной пластинки, а также силой тока, протекающего через саму пластинку.

Теоретически, если подавать ну очень сильный магнитный поток на датчик Холла, то напряжение Холла будет бесконечно большим? Как бы не так). Выходное напряжение будет лимитировано напряжением питания. То есть график будет выглядеть примерно вот так:

Как вы видите, до какого-то момента у нас идет линейная зависимость выходного напряжения датчика от плотности магнитного потока. Дальнейшее увеличение магнитного потока бесполезно, так как оно достигло напряжения насыщения, которое ограничено напряжением питанием самого датчика Холла.

Благодаря этим параметрам с помощью датчика Холла были построены приборы, позволяющие замерять силу тока в проводнике, не касаясь самого провода, например, токовые клещи.

Существуют также приборы, с помощью которых можно замерять напряженность магнитного поля. Датчики Холла, используемые в этих приборах, называют линейными, так как напряжение на датчике Холла прямо пропорционально плотности магнитного потока.

Линейные датчики, как я уже сказал, могут быть использованы в токовых клещах. Они позволяют измерять силу тока, начиная от 250 мА и до нескольких тысяч Ампер. Самым большим преимуществом в таких токовых клещах является отсутствие механического контакта с измеряемой цепью. Иными словами, токовые измерители на эффекте Холла намного безопаснее, чем измерители на основе шунта и амперметра, особенно при большой силе тока в цепи, которую нередко можно встретить в промышленных установках.

Цифровые датчики Холла

Как только наступила эра цифровой элек троники, в один корпус вместе с датчиком Холла стали помещать различные логические элементы. Самый простой датчик Холла на триггере Шмитта мы уже рассмотрели выше и он выглядит вот так:

По сути такой датчик имеет только два состояние на выходе. Либо сигнал есть (логическая единица), либо его нет (логический ноль). Гистерезис на триггере Шмитта просто устраняет частые переключения, поэтому в цифровых датчиках Холла он используется всегда.

В результате промышленность стала выпускать датчики Холла для цифровой электроники. В основном такие датчики делятся на три вида:

Униполярные

Реагируют только на один магнитный полюс. На противоположный магнитный полюс не обращают никакого внимания. К примеру, подносим южный полюс магнита и датчик сработает. На северный магнитный полюс он реагировать не будет.

Биполярные

Подносим магнит одним полюсом – датчик сработает и будет продолжать работать даже тогда, когда мы уберем магнит от датчика. Для того, чтобы его выключить, нам надо подать на него другую полярность магнита.

Как проверить датчик Холла

Давайте рассмотрим работу цифрового биполярного датчика Холла марки SS41. Выглядит наш подопечный вот так:

Судя по даташиту, на первую ножку подаем плюс питания, на вторую – минус, а с третьей ножки уже снимаем сигнал логической единицы или нуля.

[quads id=1]

Для этого соберем простейшую схему: светодиод на 3 Вольта, токоограничительный резистор на 1КилоОм и сам датчик Холла.

Теперь цепляемся к нашей схеме от блока питания, выставив на нем 5 Вольт. Минус на средний вывод, а плюс питания – на первый.

У меня под рукой оказался вот такой магнитик:

Чтобы не перепутать полюса, я пометил красным бумажным ценником один из полюсов магнита. Какой именно – я не знаю, так как не имею компаса, с помощью которого можно было бы узнать, где северный полюс, а где южный.

Как только я поднес магнит “красным” полюсом к датчику холла, то у меня светодиод сразу потух.

Переворачиваю магнит другим полюсом, подношу его к датчику Холла и вуаля!

Если магнит не переворачивать, то есть не менять полюса, то светодиод также останется потухшим, потому что датчик биполярный.

А вот и видео работы

Как вы видите на видео, мы с помощью магнита управляем датчиком Холла. Датчик Холла выдает нам два состояния сигнала: сигнал есть – единичка, сигнала нет – ноль. То есть светодиод горит – единичка, светодиод потух – ноль.

Применение датчиков Холла

В настоящее время область применения датчиков Холла очень обширна и с каждым годом становится все шире и шире. Вот основные применения:

Применение линейных датчиков

датчики тока
тахометры
датчики вибрации
детекторы ферромагнетиков
датчики угла поворота
бесконтактные потенциометры
бесколлекторные двигатели постоянного тока
датчики расхода
датчики положения

Применение цифровых датчиков

датчики частоты вращения
устройства синхронизации
датчики систем зажигания автомобилей
датчики положения
счетчики импульсов
датчики положения клапанов
блокировка дверей
измерители расхода
бесконтактные реле
детекторы приближения
датчики бумаги (в принтерах)

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.

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.

Одним из самых быстрых способов проверки является установка заведомо исправного подменного датчика на автомобиль. Если признаки неисправности после установки исчезают, тогда причина очевидна.
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.
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.

Что такое датчик Холла в смартфоне и зачем он нужен?

Для осуществления правильной работы современных мобильных телефонов применяют различные функциональные блоки и датчики информирования. На их основе системы, высшие по иерархии, принимают решения о тех или иных действиях. Сегодня речь пойдёт об измерительном элементе, определяющем наличие магнитного поля, его интенсивность и изменение.

Выдающийся физик Эдвин Холл в США в конце XIX века открыл явление искривления пути носителей заряда в полупроводниках, пребывающих в магнитном поле. «Эффект» Холла обладает большими возможностями. С его помощью отслеживается ориентация экрана в пространстве, измеряется магнитная полярность в ракетных двигателях. Датчики отлично работают в бесконтактных выключателях и определителях уровня жидкости.

Для измерения напряжения магнитного поля используют 2 типа устройств: аналоговые и цифровые датчики. У первого вида индукция поля преобразуется в напряжение, где величина зависит от силы и полярности. У второго – при смене полярности и снижении индукции датчик отключает сенсорный экран.

Своё главное применение миниатюрный датчик нашёл в цифровых гаджетах для улучшения их позиционирования, в обеспечении быстрого старта GPS-навигатора. Отличительной особенностью данного устройства является разносторонняя направленность действия:

С его помощью изменяется величина магнитного потока;
Реализовывается бесконтактное управление при помощи жестов;
Автоматически корректируется яркость экрана на изменение освещенности;
Сменяется ориентация изображения на дисплее при соответственном повороте гаджета, манипуляции в играх и других приложениях;
Определяется точное направление.

Конечно, это далеко не весь перечень положительных характеристик, присущих этому датчику.

Зачем датчик Холла нужен в смартфоне?

Сенсор, как высокочувствительная часть вещателя, располагается непосредственно под крышкой смартфона или планшета, что позволяет быстро реагировать на любые изменения в пространстве. За счёт работы датчика экономится заряд аккумулятора, улучшается взаимодействие телефона с магнитным чехлом и различными аксессуарами.

В телефонах типа «раскладушки» также используют датчики Холла. С их наличием упрощается работа по включению/выключению экрана во время открывания или закрывания защитной крышки. Аналогичное действие происходит у смартфона с магнитным чехлом, где сенсор молниеносно реагирует на изменения (приближения/удаления) магнитного поля на флипе и регистрирует его. Во время интенсивного излучения дисплей блокируется, при снижении – происходит его активация. При этом сам магнит, вмонтированный в флип чехла, нисколько не вредит смартфону.

Особенно эффект Холла характерен в чехлах с окошком в верхней части, где часть экрана остаётся открытой. В этом случае имеется возможность использовать отдельные функции (звонок, пропущенные вызовы, часы, проигрыватель), не открывая флипа. Магнитоэлектрическое устройство самостоятельно определит, оставить активным весь дисплей или частично. Аналогичным образом работает гаджет при использовании чехлов без «окошек».

При приобретении нового смартфона определить наличие или отсутствие датчика Холла можно самостоятельно. Стоит отметить, что не все производители указывают его присутствие, поэтому нужно внимательно изучить краткий перечень характеристик. Устройство находят и другим методом, проанализировав чехлы к своему мобильному устройству. Например, на обложке Smart Case к смартфону или планшету на 100% имеется установленный датчик Холла. По аналогии проводится анализ других чехлов.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

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:

Униполярные.
Биполярные.
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:

Ферритовое кольцо.
Проводник для тока.
Элемент Холла (микросхема ACS 711, например).
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:

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

Среди недостатков ДХ выделяют:

Низкий радиус действия. Обычно ДХ не работает на расстоянии больше 10 см. В противном случае придется использовать очень сильный магнит.
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.

Что такое датчик Холла в смартфоне?

Современные мобильные устройства оснащаются большим количеством функциональных блоков, среди которых – не только основные элементы, но и вспомогательные датчики. Если о том, что такое акселерометр, сенсор освещенности и гироскоп знают многие пользователи, то по поводу датчика Холла нередко возникают вопросы.

Что такое датчик Холла

Датчики Холла, используемые в современных смартфонах, это измерительные элементы, которые позволяют определять наличие и интенсивность магнитного поля, а также его изменения. Свое название они получили в честь американского ученого Эдвина Холла, который еще в 1879 году открыл эффект изменения напряжения тока на проводнике при его помещении в магнитное поле.

Магнитный поток, взаимодействующий с датчиком Холла

Зачем нужен датчик Холла в смартфоне

В зависимости от уровня реализации, этот сенсор обладает довольно широкими возможностями. Среди них – измерение величины электромагнитной индукции различных приборов, возможность реализации бесконтактного управления и другие функции. Магнитометр, основанный на датчике Холла, в современных смартфонах встречается достаточно часто. Особенно в флагманских устройствах.

Но в большинстве мобильных устройств не все возможности датчика Холла реализованы в полной мере. Ограниченное пространство под крышкой, желание снизить потребление заряда аккумулятора, отсутствие широкого интереса и острой потребности в реализации новых функций сводят использование сенсора к двум задачам:

Первая из них – это цифровой компас. Он используется навигационными программами для ускорения позиционирования и более точного определения направления движения.
Второй областью применения датчика Холла, наиболее востребованной владельцами смартфонов, является улучшение взаимодействия устройства с магнитными чехлами и другими аксессуарами.
Использование датчика Холла в телефонах “раскладушках”, чтобы включать или выключать экран при закрытии или открытии крышки.

Как смартфон взаимодействует с магнитными чехлами

Самым простым примером реализации взаимодействия чехла с магнитом и смартфона является автоматическая блокировка/разблокировка экрана при закрытии/открытии чехла. Датчик Холла реагирует на приближение магнита, расположенного в флипе, регистрируя усиление поля, и блокирует дисплей. При открытии интенсивность излучения снижается и экран активизируется.

Чехлы с окошком в верхней части, которые оставляют часть дисплея открытой для возможности использования отдельных функций (звонки, проигрыватель, часы) без раскрытия флипа, тоже взаимодействуют с датчиком Холла. Регистрируя наличие/отсутствие повышенного магнитного поля, смартфон определяет, оставлять активным весь экран или только его часть.

Еще одним примером аксессуара, требующего наличия датчика Холла, являются Google CardBoard – доступные очки виртуальной реальности, использующие смартфон. Так как при использовании устройства телефон находится внутри, единственным способом управления остается удаленное взаимодействие магнита, встроенного в единственную «кнопку» аксессуара, с датчиком Холла.

Датчик Холла в автомобиле ✔ Что такое датчик Холла?

Современные автомобили напичканы электроникой — датчики, сенсоры, блоки управления, блоки слежения, индикаторы, цифровые табло, экраны и т.д. В этой статье мы разберемся с одним из немаловажных датчиков автомобиля – датчиком холла.

Что такое датчик холла в автомобиле

Датчик холла автомобиля выполняет очень важную роль – участвует в старте двигателя. Датчик холла необходим для считывания показаний распределительного вала двигателя, чтобы определять его вращение. Другими словами, этот сенсор считывает количество зубцов распредвала и отправляет электрические сигналы в электронный блок управления (ЭБУ) автомобиля. ЭБУ по показаниям датчика холла определяет исправность системы зажигания и старта – работает ли стартер и вращается ли коленчатый вал.
Устанавливается датчик холла непосредственно напротив зубцов вала на расстоянии не более 1см.

Выходом с датчика холла является напряжение 5В или 12В – тот уровень, который ЭБУ автомобиля сможет распознать. У каждого автомобиля это напряжение разное, и для взаимозаменяемости датчиков с одной машины на другую потребуется лишь дополнительно установить в электрическую схему резистор. Схема подключения дополнительного резистора показана на рисунке ниже.

Как диагностировать неисправность датчика холла в машине

Основной симптом при неисправности ДХ – нестабильный запуск двигателя. Двигатель может заводиться без проблем практически всегда, а может не заводиться по 15 минут, как бы водитель ни крутил ключ зажигания. Датчик холла может проявлять неисправность в совершенно разных условиях – на горячую, на холодную, в дождь, в снег, в абсолютно сухую погоду, неважно. Двигатель может с первого раза завестись, а при повторном запуске – нет.

Стоит отметить, что современные ЭБУ сами могут диагностировать неисправность ДХ, причем производят это в автоматическом режиме. В случае обнаружения ошибки в сигнале ДХ, машина подсветит значок Check Engine на приборной панели, и выдаст ошибку в CAN-шину для возможности ее считывания на СТО.

Кстати, датчики холла от автомобилей ВАЗ подходят практически ко всем двигателям иномарок. Имеет артикулы А473.407529.002, 2108-3706800,16.3855, 1112.3855. Основная доработка – изменение напряжения путем добавления резистора, как описано выше.

Что такое датчик холла и его электрические принципы функционирования рассказываются в следующем видео:
Что такое датчик Холла?
Датчик на эффекте Холла – это электронное устройство, предназначенное для обнаружения эффекта Холла и преобразования его результатов в электронные данные, для включения и выключения цепи, для измерения переменного магнитного поля или обработки с помощью встроенного компьютера. или отображается в интерфейсе. В 1879 году ученый Эдвин Холл обнаружил, что если магнит поместить перпендикулярно проводнику с постоянным потоком тока, электроны, протекающие внутри проводника, притягиваются в одну сторону, создавая разность потенциалов в заряде (т.е. Напряжение). Таким образом, эффект Холла указывает на наличие и величину магнитного поля вблизи проводника.
Используя магнитные поля, датчики на эффекте Холла используются для обнаружения таких переменных, как близость, скорость или смещение механической системы. Датчики на эффекте Холла являются бесконтактными, что означает, что они не должны контактировать с физическим элементом. Они могут генерировать цифровой (включенный и выключенный) или аналоговый (непрерывный) сигнал в зависимости от их конструкции и предполагаемой функции.
Переключатели и защелки на эффекте Холла включены или выключены. Переключатель на эффекте Холла включается при наличии магнитного поля и выключается при удалении магнита. Защелка на эффекте Холла включается (закрывается) при приложении положительного магнитного поля и остается включенной даже при удалении магнита. При наложении отрицательного магнитного поля защелка на эффекте Холла отключается (открывается) и остается выключенной даже после удаления магнита.
Линейные датчики Холла (аналоговые) обеспечивают точные и непрерывные измерения на основе напряженности магнитного поля; они не включаются и не выключаются.В датчике на эффекте Холла элемент Холла передает разность электрических потенциалов (напряжение, вызванное магнитными помехами) в усилитель, чтобы сделать изменение напряжения достаточно большим, чтобы оно было воспринято встроенной системой.
Датчики
на эффекте Холла используются в сотовых телефонах и GPS, сборочных линиях, автомобилях, медицинских устройствах и многих устройствах Интернета вещей. Ожидается, что рынок датчиков на эффекте Холла будет расти более чем на 10% в год и к 2026 году достигнет 7,55 млрд долларов.
Что такое эффект Холла и как работают датчики на эффекте Холла
В этом уроке мы узнаем, что такое эффект Холла и как работают датчики на эффекте Холла. Вы можете посмотреть следующее видео или прочитать письменное руководство ниже.

Обзор
Эффект Холла – это наиболее распространенный метод измерения магнитного поля, а датчики на эффекте Холла очень популярны и находят множество современных применений. Например, они используются в транспортных средствах в качестве датчиков скорости вращения колес, а также датчиков положения коленчатого или распределительного вала.Также они часто используются как переключатели, компасы MEMS, датчики приближения и так далее. Теперь мы рассмотрим некоторые из этих датчиков и посмотрим, как они работают, но сначала давайте объясним, что такое эффект Холла.
Что такое эффект Холла?
Вот эксперимент, который объясняет эффект Холла: если у нас есть тонкая проводящая пластина, как показано, и мы настроим ток, протекающий через нее, носители заряда будут течь по прямой линии от одной стороны пластины к другой.
Теперь, если мы поднесем некоторое магнитное поле к пластине, мы нарушим прямой поток носителей заряда из-за силы, называемой Сила Лоренца (Википедия).В таком случае электроны отклонятся на одну сторону пластины, а положительные отверстия – на другую сторону пластины. Это означает, что если мы теперь поместим измеритель между двумя другими сторонами, мы получим некоторое напряжение, которое можно измерить.
Таким образом, эффект получения измеримого напряжения, как мы объясняли выше, называется эффектом Холла в честь Эдвина Холла, который открыл его в 1879 году.
Датчики на эффекте Холла
Базовый элемент Холла магнитных датчиков на эффекте Холла в основном обеспечивает очень небольшое напряжение, всего несколько микровольт на гаусс, поэтому эти устройства обычно производятся со встроенными усилителями с высоким коэффициентом усиления.
Существует два типа датчиков Холла: один с аналоговым, а другой с цифровым выходом. Аналоговый датчик состоит из регулятора напряжения, элемента Холла и усилителя. Из принципиальной схемы видно, что выходной сигнал датчика является аналоговым и пропорционален выходному сигналу элемента Холла или напряженности магнитного поля. Датчики этого типа подходят и используются для измерения близости из-за их непрерывного линейного выхода.
С другой стороны, цифровые выходные датчики обеспечивают только два состояния выхода: «ВКЛ» или «ВЫКЛ».Датчики этого типа имеют дополнительный элемент, как показано на принципиальных схемах. Это триггер Шмитта, который обеспечивает гистерезис или два разных пороговых уровня, поэтому выходной сигнал может быть высоким или низким. Для получения более подробной информации о том, как работает триггер Шмитта, вы можете проверить это в моем конкретном руководстве.
Примером датчика этого типа является переключатель на эффекте Холла. Они часто используются в качестве концевых выключателей, например, в 3D-принтерах и станках с ЧПУ, а также для обнаружения и позиционирования в системах промышленной автоматизации.
Другие современные применения датчиков Холла – измерение скорости вращения колеса / ротора или числа оборотов в минуту, а также определение положения коленчатого или распределительного вала в системах двигателя. Эти датчики состоят из элемента Холла и постоянного магнита, которые расположены рядом с зубчатым диском, прикрепленным к вращающемуся валу.
Зазор между датчиком и зубьями диска очень мал, поэтому каждый раз, когда зуб проходит рядом с датчиком, изменяется окружающее магнитное поле, что приводит к тому, что выходной сигнал датчика становится высоким или низким.Таким образом, выходной сигнал датчика представляет собой прямоугольный сигнал, который можно легко использовать для расчета числа оборотов вращающегося вала.
Датчики Холла (магнитные)
2Dex
В РАЗРАБОТКЕ InAs – стабильный InAs – чувствительный GaAs
Что заставляет это работать?
Слова, которые произведут впечатление на вашего начальника Тонкопленочная технология с использованием структуры двумерного электронного газа (2DEG) Объемный материал из арсенида индия, легированный для обеспечения высокой стабильности Объемный материал арсенида индия, легированный для обеспечения высокой чувствительности Тонкая пленка арсенида галлия
Диапазон температур
Преимущество датчиков Холла без кремния заключается в возможности их использования при более экстремальных температурах от 1 K до 402 K
(от -272 ° C до 125 ° C) 1.От 5 K до 375 K
(от -271,5 ° C до 102 ° C) от 208 K до 373 K
(от -65 ° C до 100 ° C) от 233 K до 402 K
(от -40 ° C до 125 ° C)
Взаимозаменяемость
Возможность работы с несколькими датчиками с идентичным приводом и измерительными установками Хорошо – узкий диапазон значений чувствительности, отличная линейность и малое напряжение смещения. Плохое – диапазон чувствительности достаточно велик, чтобы требовать знания среднего значения чувствительности. Плохо – диапазон чувствительности достаточно велик, чтобы требовать знания средней чувствительности. значение Плохо – диапазон чувствительности достаточно велик, чтобы требовать знания среднего значения чувствительности.
Прочность
Способность выдерживать удары и вибрацию Хорошо Плохо Плохо Хорошо
Совместимость прибора Lake Shore
Совместимость гауссметра / тесламетра для этих датчиков, что позволяет автоматически отображать значения поля прибором Тесламетр F71 или F41 с датчиками plug-and-play – полный калибровка датчика и температурная компенсация, обеспечивающая точность, эквивалентную полному тесламетру зонда 425 или 475 гауссметру с использованием кабеля HMCBL; преобразование поля выполняется только с одним значением чувствительности, что означает, что линейность и температурная компенсация не выполняется гауссметром 425 или 475 гауссметром с использованием кабеля HMCBL; преобразование поля выполняется только с одним значением чувствительности, то есть линейность и температурная компенсация не выполняется гауссметром Нет
Плоский эффект Холла
Физическое свойство, связанное с толщиной элемента Холла, которое вносит ошибку измерения, когда поле в плоскости с чувствительным элементом Нет, что делает эти датчики идеальными для измерения полей с неизвестной ориентацией. Значительный – объемный материал производит достаточно плоского эффекта Холла, поэтому поля с известными направлениями требуются для точных измерений. Значительное – объемный материал производит достаточный планарный эффект Холла. что для точных измерений требуются поля с известными направлениями Некоторые тонкопленочные элементы могут иметь небольшую погрешность плоского эффекта Холла
Чувствительность при номинальном токе
Влияет на точность измерения и разрешение – чем больше число, тем лучше Ожидаемое значение от 50 до 53 мВ / Т 5.От 5 до 11 мВ / T от 55 до 125 мВ / T от 110 до 280 мВ / T
Температурный коэффициент чувствительности
Влияет на точность при больших изменениях температуры 200 ppm / ° C ожидаемый 50 ppm / ° C 800 ppm / ° C 600 ppm / ° C
Номинальный ток возбуждения
Рекомендуемый уровень возбуждения для этих датчиков 1 мА 100 мА 100 мА 1 мА
Типичное входное сопротивление
Полезно при выборе схемы управления 800 Ом 2 Ом 2 Ом 750 Ом
Типичный температурный коэффициент входного сопротивления
Дополнительный источник погрешности измерения при использовании источника напряжения (а не источника тока) для питания датчика 0.7% / ° C ожидаемое 0,15% / ° C 0,18% / ° C 0,2% / ° C
Лучшее напряжение смещения (эквивалент поля)
Составляющая ошибки, имеющая большее влияние на небольших полях Подлежит определению ± 50 мкВ (4,5 мТл) ± 75 мкВ (0,6 мТл) ± 2,8 мВ (10 мТл)
Пять основных областей применения датчиков Холла
Автор: Морин ВанДайк | 6 ноября, 2019
Более 100 лет назад был обнаружен эффект Холла.Однако практическое использование этого эффекта было разработано только в течение последних трех десятилетий. Некоторые из его первых применений включают использование в микроволновых датчиках в 1950-х годах и твердотельных клавиатурах в 1960-х. С 1970-х годов устройства измерения эффекта Холла нашли свое применение в широком спектре промышленных и потребительских товаров, таких как швейные машины, автомобили, обрабатывающие инструменты, медицинское оборудование и компьютеры.
Прежде чем исследовать пять основных промышленных применений датчиков Холла, необходимо определить их, их функции и различные классификации.
Что такое датчик на эффекте Холла?
Датчики на эффекте Холла
– это магнитные компоненты, которые преобразуют закодированную в магнитном поле информацию, такую как положение, расстояние и скорость, чтобы электронные схемы могли ее обработать. Как правило, они классифицируются по способу выпуска продукции или средствам работы.
Классификация выходов
Разделение датчиков на эффекте Холла по выходному напряжению приводит к двум классификациям датчиков: цифровые датчики и аналоговые датчики.
Датчики Холла с цифровым выходом
Цифровой выход Датчики на эффекте Холла в основном используются в магнитных переключателях для обеспечения цифрового выхода напряжения. Таким образом, они подают в систему входной сигнал ВКЛ или ВЫКЛ.
Основным отличием датчика Холла с цифровым выходом является возможность управления выходным напряжением. Вместо источника питания, обеспечивающего пределы насыщения, цифровые выходные датчики имеют триггер Шмидта со встроенным гистерезисом, подключенный к операционному усилителю.Этот переключатель отключает выход датчика, когда магнитный поток превышает заданные пределы, и снова включает его, когда магнитный поток стабилизируется.
Датчики Холла с аналоговым (или линейным) выходом
Датчик аналогового типа обеспечивает постоянное выходное напряжение, которое увеличивается, когда магнитное поле сильнее, и уменьшается, когда оно слабее. Таким образом, выходное напряжение или усиление аналогового датчика на эффекте Холла прямо пропорционально интенсивности проходящего через него магнитного потока.
Классификация операций
В дополнение к их классификации по мощности датчики на эффекте Холла можно разделить на категории в зависимости от способа работы, в том числе:
Биполярные датчики на эффекте Холла
Это тип цифрового датчика, который работает как с положительным, так и с отрицательным магнитным полем.Датчик активируется как положительным, так и отрицательным магнитным полем магнита. В этой конфигурации переключатель, использующий биполярный датчик на эффекте Холла, срабатывает почти так же, как и традиционный геркон. Однако переключатель на эффекте Холла имеет дополнительное преимущество, заключающееся в отсутствии механических контактов, что делает его более долговечным в суровых условиях.
Датчики на эффекте Холла униполярные
В отличие от биполярного датчика, этот тип цифрового датчика активируется только одним полюсом (северным или южным) магнита.Использование униполярного датчика на эффекте Холла в переключателе позволяет сделать его более точным и активировать его только при воздействии определенного магнитного полюса.
Датчики на эффекте Холла для прямого и вертикального углов
Более совершенные датчики на эффекте Холла фокусируются не на полюсах, а на других компонентах магнитного поля. Например, датчики прямого угла измеряют измерения синуса и косинуса магнитного поля, в то время как датчики вертикального угла анализируют компоненты магнитного поля, которые параллельны, а не перпендикулярны плоскости чипа.
Пять основных областей применения датчиков Холла
Датчики на эффекте Холла
находят применение в широком спектре приложений в пяти основных отраслях промышленности, а именно:
Автомобильная и автомобильная безопасность
В автомобилестроении и автомобильной индустрии безопасности используются как цифровые, так и аналоговые датчики на эффекте Холла в различных областях.
Примеры применения цифровых датчиков Холла в автомобильной промышленности:
Датчик положения сиденья и ремня безопасности для управления подушкой безопасности
Определение углового положения коленчатого вала для регулировки угла зажигания свечей зажигания
Некоторые примеры использования датчиков аналогового типа включают:
Мониторинг и контроль скорости вращения колес в антиблокировочной тормозной системе (ABS)
Регулирующее напряжение в электрических системах
Бытовая техника и товары народного потребления
Промышленность бытовой техники и товаров народного потребления интегрирует различные типы датчиков Холла в различные конструкции изделий.Например:
Цифровые униполярные датчики помогают стиральным машинам сохранять равновесие во время стирки.
Аналоговые датчики служат датчиками доступности источников питания, индикаторами управления двигателями и отключениями на электроинструментах, а также датчиками подачи бумаги в копировальных аппаратах.
Контроль жидкости
Цифровые датчики на эффекте Холла
обычно используются для контроля расхода и положения клапана при производстве, водоснабжении и очистке, а также в технологических процессах в нефтегазовой отрасли.В приложениях для мониторинга жидкости аналоговые датчики на эффекте Холла также используются для определения уровней давления на диафрагме в манометрах с диафрагмой.
Автоматизация зданий
При автоматизации зданий подрядчики и субподрядчики интегрируют как цифровые, так и аналоговые датчики Холла.
Цифровые датчики приближения часто используются в конструкции:
Механизм автоматического слива унитаза
Автоматические мойки
Сушилки для рук автоматические
Системы безопасности зданий и дверей
Лифты
Аналоговые датчики используются для:
Освещение с датчиком движения
Камеры обнаружения движения
Персональная электроника
Это еще одна область, в которой продолжают расти популярность как аналоговых, так и цифровых датчиков Холла.
Приложения для цифровых датчиков включают:
Устройства управления двигателями
Таймеры в фотоаппаратуре
Приложения для аналоговых датчиков включают:
Дисководы
Защита источника питания
Свяжитесь с MagneLink сегодня
Как указано выше, датчики на эффекте Холла – как аналоговые, так и цифровые – находят применение в широком спектре устройств, оборудования и систем в различных отраслях промышленности.
В MagneLink мы разрабатываем и производим высококачественные магнитные переключатели, в том числе переключатели, в которых используются датчики на эффекте Холла. Чтобы узнать больше о наших переключателях Холла и их применении, свяжитесь с нами сегодня.
Магнитные датчики и магнитные переключатели Alps Alpine
Магнитные датчики используются для изменения электрических сигналов после обнаружения магнитного состояния.
Существуют различные типы магнитных датчиков, типичными из которых являются датчики Холла и MR-датчики.
Как подразумевается, датчики Холла используют эффект Холла, а датчики MR используют эффекты магнитосопротивления (MR).
Эффект Холла – это возникновение напряжения Холла при приложении магнитного поля к элементу Холла, тогда как эффекты магнитосопротивления – это изменения электрического сопротивления элемента MR при приложении магнитного поля к элементу.
Магнитные датчики Alps Alpine – это MR-датчики.
Датчики Холла и MR-датчики используют характеристики элементов Холла и MR-элементов соответственно для преобразования изменений магнетизма в электрический сигнал.
Разница между датчиками Холла и датчиками MR
Датчик Холла определяет силу перпендикулярного к нему магнитного поля, тогда как датчик MR определяет угол параллельного магнитного поля.
По этой причине MR-датчики обычно имеют более широкую обнаруживаемую область, которая поглощает ошибки компоновки.
Датчики Alps Alpine MR также имеют отличное соотношение сигнал / шум, поскольку выходной сигнал как минимум в 10 раз выше, чем у датчика Холла.
Конструкция магнитного переключателя Alps Alpine
Магнитный переключатель – это переключатель, совмещенный с магнитом, который использует вышеуказанные характеристики MR-датчика.
Характеристики магнитных переключателей Alps Alpine
Помимо упомянутой выше обнаруживаемой области и отношения сигнал / шум, магнитные переключатели Alps Alpine обладают меньшим изменением чувствительности, чем датчики Холла, что обеспечивает стабильность даже при колебаниях температуры.
Линейка магнитных переключателей Alps Alpine
Магнитные переключатели Alps Alpine выпускаются в нескольких вариантах в зависимости от способа монтажа (размера), напряжения привода и типа выхода.
Каталожный номер Внешний вид Размер Рабочее напряжение Рабочее магнитное поле Выход
HGDESM021A 1.1 × 0,9 × 0,55 Тип. 1,8 В
(от 1,6 мин. До 3,6 В макс.) Hon. (+)
Тип. 2 мТ
(от 1,3 до 2,7 мТ) Hoff. (+)
Тип. 1,2 мТ
(от 0,5 до 1,9 мТ) Однополюсный, одинарный выход
HGDEPM021A Двухполюсный, одинарный выход
HGDEDM021A Двухполюсный, двойной выход
HGDEST021B 2.9 × 2,8 × 1,1 Однополюсный, одинарный выход
HGDEPT021B Двухполюсный, одинарный выход
HGDFST021B Тип. 5 В
(от 4,5 мин. До 5,5 В макс.) Однополюсный, одинарный выход
HGDFPT021B Двухполюсный, одинарный выход
HGDVST021A от 3 до 30 В Hon.(+)
Тип. 2 мТ Hoff. (+)
Тип. 1,4 мт Однополюсный, одинарный выход
Однополюсный, одинарный выход
Двухполюсный, одинарный выход
Двухполюсный, двойной выход
Здесь мы объяснили использование MR-датчика в качестве переключателя. В следующий раз мы познакомимся с другими прикладными применениями.
SS49E (49E) Линейный датчик на эффекте Холла
SS49E – это линейный датчик на эффекте Холла.Он может измерять как северную, так и южную полярность магнитного поля и относительную силу поля.
Выходной контакт обеспечивает аналоговый выход, показывающий, присутствует ли магнитное поле, насколько сильное текущее поле, и является ли это северным или южным полярным полем. Если магнитное поле отсутствует, SS49E будет выдавать напряжение около половины напряжения источника. Если южный полюс магнита расположен рядом с маркированной стороной SS49E (стороной с выгравированным на нем текстом), то выходное напряжение будет линейно нарастать по направлению к напряжению источника.Величина увеличения выходного напряжения пропорциональна силе приложенного магнитного поля. Если северный полюс магнита расположен рядом с маркированной стороной SS49E, выходное напряжение будет линейно снижаться в сторону напряжения земли относительно силы магнитного поля. Например, если вы запитаете SS49E напряжением 5 В и магнитное поле отсутствует, то выходной сигнал датчика будет около 2,5 В. В том же примере, если вы поместите южный полюс сильного магнита рядом с маркированной стороной датчика, то выходное напряжение возрастет примерно до 4.2 В, и если вы поместите северный полюс сильного магнита рядом с маркированной стороной датчика, то выходное напряжение упадет примерно до 0,86 В.
Вы можете легко использовать SS49E с микроконтроллером (например, Arduino) или одноплатным компьютером (SBC). Просто подайте питание на контакты GND и VCC SS49E и подключите его выходной контакт к аналоговому входу на вашем микроконтроллере или SBC, на котором затем вы можете измерить аналоговое напряжение для расчета измеренных данных датчика.
Так зачем использовать датчик Холла? Датчики на эффекте Холла невосприимчивы к большинству факторов окружающей среды, которые могут повлиять на оптические или механические устройства, таким как вибрация, влага, грязь или масляные пленки, окружающее освещение и т. Д. Кроме того, они представляют собой простой способ измерения наличия магнита и даже электрический ток, протекающий по проводнику.
Датчик Холла (HS)
Общее описание
Сигнал первичного зажигания датчика Холла обычно используется в двигателях с распределителем, но в настоящее время распределительное зажигание используется очень редко.
Если система зажигания использует HS, она выдает первичный сигнал для зажигания и для впрыска топлива.
Принцип работы датчика Холла
Датчик Холла обычно устанавливается на автомобилях с распределителем, в котором находится переключатель Холла. ЭБУ двигателя питает датчик напряжением немного ниже номинального напряжения аккумуляторной батареи. Цепь датчика Холла замыкается кабелем для обратной связи на землю. Напротив переключателя Холла расположен магнит, поле которого заставляет переключатель возвращать низкое напряжение на модуль зажигания.На оптической оси распределителя закреплен щиток с прорезями, количество которых соответствует количеству цилиндров. Переключатель Холла включается и выключается, пока магнит проходит между экраном и датчиком. Напряжение подается на усилитель по третьему сигнальному кабелю, а переключатель находится напротив оптического разъема. Пока плотная часть экрана прилегает к переключателю, сигнал возвращаемого напряжения прерывается из-за отклонения магнитного поля. Количество возвращенных импульсов в четырехтактном двигателе равно количеству слотов.Важно отметить, что обратный сигнал представляет собой напряжение или его отсутствие и имеет прямоугольную форму.
Порядок проверки состояния датчика Холла
– Быстрая проверка датчика Холла –
(без запуска двигателя)
ПРИМЕЧАНИЕ: В большинстве систем датчик Холла Датчик находится в распредвале. Только в некоторых системах (VW / Audi) датчик Холла расположен на маховике.
Отсоедините центральный высоковольтный кабель от общей клеммы крышки распределителя и подключите его к головке блока цилиндров дополнительным кабелем.
Отсоединить разъем датчика Холла от распределителя.
Найдите клеммы источника питания, выходного сигнала и заземления.
Замкните на короткое время контакты < 0 > и < – > жгута проводов датчика Холла с помощью дополнительного кабеля.
Если искра проскакивает между дополнительным кабелем, соединенным с высоковольтным кабелем, и головкой блока цилиндров, катушка зажигания и автоматический выключатель зажигания могут вызвать искру, и возможная причина неисправности находится в самом датчике Холла.
Проверить датчик Холла осциллографом
Отодвиньте защитную резиновую крышку разъема датчика Холла.
Подключите пробник заземления осциллографа к заземлению шасси.
Подключите активный конец щупа осциллографа к сигнальной клемме датчика Холла.
Запустите двигатель и оставьте его работать на холостом ходу.
Обязательно обратите внимание на следующий сигнал (рис. 2). Это форма сигнала правильно работающего датчика Холла. Рабочий цикл составляет примерно 35%.

Фиг.2
Если автоматический выключатель зажигания не работает должным образом, вы должны увидеть следующую форму сигнала (рис. 3):

Фиг.3
На рис. 4 показано, как выглядит сигнал неисправного датчика Холла.

Фиг.4
Другие возможные повреждения:
– Отсутствие сигнала напряжения или рабочего цикла
Остановите двигатель и снимите крышку распределителя.
Когда подключена муфта датчика Холла и включено зажигание, подключите активный конец щупа осциллографа к сигнальной клемме датчика Холла. Установите диапазон напряжения осциллографа на ± 15 В.
Медленно проверните коленчатый вал двигателя.
Когда прорезь экрана проходит через воздушный зазор, напряжение должно измениться с 10 В V 12 В до 0 В.
– Отсутствие сигнала напряжения
Отсоедините разъем датчика Холла от распределителя.
Подключите активный конец щупа осциллографа к клемме < 2 > ( 0 ) жгута проводов разъема.
Значение напряжения должно составлять 10 В ¸ 12 В.
Если нет напряжения с бортового компьютера на клемме < 2 >, проверьте проводимость сигнальной цепи между датчиком Холла и бортовым компьютером с помощью омметра.
Если цепь в порядке, проверьте, есть ли напряжение на соответствующей клемме разъема бортового компьютера. Если напряжение отсутствует, проверьте все клеммы питания и массы бортового компьютера.
Если соединения в порядке, вероятная причина – сам бортовой компьютер.

	2Dex В РАЗРАБОТКЕ	InAs – стабильный	InAs – чувствительный	GaAs
Что заставляет это работать? Слова, которые произведут впечатление на вашего начальника	Тонкопленочная технология с использованием структуры двумерного электронного газа (2DEG)	Объемный материал из арсенида индия, легированный для обеспечения высокой стабильности	Объемный материал арсенида индия, легированный для обеспечения высокой чувствительности	Тонкая пленка арсенида галлия
Диапазон температур Преимущество датчиков Холла без кремния заключается в возможности их использования при более экстремальных температурах	от 1 K до 402 K (от -272 ° C до 125 ° C)	1.От 5 K до 375 K (от -271,5 ° C до 102 ° C)	от 208 K до 373 K (от -65 ° C до 100 ° C)	от 233 K до 402 K (от -40 ° C до 125 ° C)
Взаимозаменяемость Возможность работы с несколькими датчиками с идентичным приводом и измерительными установками	Хорошо – узкий диапазон значений чувствительности, отличная линейность и малое напряжение смещения.	Плохое – диапазон чувствительности достаточно велик, чтобы требовать знания среднего значения чувствительности.	Плохо – диапазон чувствительности достаточно велик, чтобы требовать знания средней чувствительности. значение	Плохо – диапазон чувствительности достаточно велик, чтобы требовать знания среднего значения чувствительности.
Прочность Способность выдерживать удары и вибрацию	Хорошо	Плохо	Плохо	Хорошо
Совместимость прибора Lake Shore Совместимость гауссметра / тесламетра для этих датчиков, что позволяет автоматически отображать значения поля прибором	Тесламетр F71 или F41 с датчиками plug-and-play – полный калибровка датчика и температурная компенсация, обеспечивающая точность, эквивалентную полному тесламетру зонда	425 или 475 гауссметру с использованием кабеля HMCBL; преобразование поля выполняется только с одним значением чувствительности, что означает, что линейность и температурная компенсация не выполняется гауссметром	425 или 475 гауссметром с использованием кабеля HMCBL; преобразование поля выполняется только с одним значением чувствительности, то есть линейность и температурная компенсация не выполняется гауссметром	Нет
Плоский эффект Холла Физическое свойство, связанное с толщиной элемента Холла, которое вносит ошибку измерения, когда поле в плоскости с чувствительным элементом	Нет, что делает эти датчики идеальными для измерения полей с неизвестной ориентацией.	Значительный – объемный материал производит достаточно плоского эффекта Холла, поэтому поля с известными направлениями требуются для точных измерений.	Значительное – объемный материал производит достаточный планарный эффект Холла. что для точных измерений требуются поля с известными направлениями	Некоторые тонкопленочные элементы могут иметь небольшую погрешность плоского эффекта Холла
Чувствительность при номинальном токе Влияет на точность измерения и разрешение – чем больше число, тем лучше	Ожидаемое значение от 50 до 53 мВ / Т	5.От 5 до 11 мВ / T	от 55 до 125 мВ / T	от 110 до 280 мВ / T
Температурный коэффициент чувствительности Влияет на точность при больших изменениях температуры	200 ppm / ° C ожидаемый	50 ppm / ° C	800 ppm / ° C	600 ppm / ° C
Номинальный ток возбуждения Рекомендуемый уровень возбуждения для этих датчиков	1 мА	100 мА	100 мА	1 мА
Типичное входное сопротивление Полезно при выборе схемы управления	800 Ом	2 Ом	2 Ом	750 Ом
Типичный температурный коэффициент входного сопротивления Дополнительный источник погрешности измерения при использовании источника напряжения (а не источника тока) для питания датчика	0.7% / ° C ожидаемое	0,15% / ° C	0,18% / ° C	0,2% / ° C
Лучшее напряжение смещения (эквивалент поля) Составляющая ошибки, имеющая большее влияние на небольших полях	Подлежит определению	± 50 мкВ (4,5 мТл)	± 75 мкВ (0,6 мТл)	± 2,8 мВ (10 мТл)

Каталожный номер	Размер	Рабочее напряжение	Рабочее магнитное поле		Выход
HGDESM021A	1.1 × 0,9 × 0,55	Тип. 1,8 В (от 1,6 мин. До 3,6 В макс.)	Hon. (+) Тип. 2 мТ (от 1,3 до 2,7 мТ)	Hoff. (+) Тип. 1,2 мТ (от 0,5 до 1,9 мТ)	Однополюсный, одинарный выход
HGDEPM021A					Двухполюсный, одинарный выход
HGDEDM021A					Двухполюсный, двойной выход
HGDEST021B	2.9 × 2,8 × 1,1				Однополюсный, одинарный выход
HGDEPT021B					Двухполюсный, одинарный выход
HGDFST021B		Тип. 5 В (от 4,5 мин. До 5,5 В макс.)			Однополюсный, одинарный выход
HGDFPT021B		Тип. 5 В (от 4,5 мин. До 5,5 В макс.)			Двухполюсный, одинарный выход
HGDVST021A		от 3 до 30 В	Hon.(+) Тип. 2 мТ	Hoff. (+) Тип. 1,4 мт	Однополюсный, одинарный выход

Холл датчик: принцип работы, как проверить своими руками, применение

принцип работы, как проверить своими руками, применение

Кратко о принципе работы

Типы и сфера применения

Пример использования аналогового элемента

Назначение ДХ в системе зажигания автомобиля

Проявление неисправности и возможные причины

Как проверить работоспособность датчика Холла?

Датчик Холла | Виды, принцип работы, как проверить

Что такое датчик Холла

Эффект Холла

Линейные (аналоговые) датчики Холла

Цифровые датчики Холла

Униполярные

Биполярные

Как проверить датчик Холла

Применение датчиков Холла

Применение линейных датчиков

Применение цифровых датчиков

Заключение

Что такое датчик Холла?

Как работает датчик Холла

Аналоговые и цифровые решения

Самостоятельная проверка устройства

Что такое датчик Холла в смартфоне и зачем он нужен?

Зачем датчик Холла нужен в смартфоне?

Читайте также

принцип работы, применение, принципиальная схема, подключение

Описание и применение

Виды, устройство и принцип действия

Цифровые

Униполярные

Биполярные

Омниполярные

Аналоговые

Применение

Линейные

Датчик тока

Тахометр

Датчик вибраций

Детектор ферромагнетиков

Датчик угла поворота

Бесконтактный потенциометр

ДХ в бесколлекторном двигателе постоянного тока

Датчик расхода

Датчик положения

Цифровые

Датчики

Контроллер частоты вращения

Контроллер системы зажигания авто

Контроллер положения клапанов

Контроллер бумаг в принтере

Устройства синхронизации

Счетчик импульсов

Блокировка дверей

Измеритель расхода

Бесконтактное реле

Детектор приближения

Какие функции выполняет в смартфоне

Как изготовить своими руками

Преимущества и недостатки

Что такое датчик Холла в смартфоне?

Что такое датчик Холла

Зачем нужен датчик Холла в смартфоне

Как смартфон взаимодействует с магнитными чехлами

Датчик Холла в автомобиле ✔ Что такое датчик Холла?

Что такое датчик холла в автомобиле

Как диагностировать неисправность датчика холла в машине

Что такое датчик Холла?

Что такое эффект Холла и как работают датчики на эффекте Холла

Что такое эффект Холла?

Датчики на эффекте Холла

Датчики Холла (магнитные)

Пять основных областей применения датчиков Холла

Что такое датчик на эффекте Холла?

Классификация выходов

Датчики Холла с цифровым выходом

Датчики Холла с аналоговым (или линейным) выходом

Классификация операций

Биполярные датчики на эффекте Холла