Подключение датчик холла схема: принцип работы, применение, принципиальная схема, подключение

Содержание

принцип работы, применение, принципиальная схема, подключение

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

Содержание

1 Описание и применение
2 Виды, устройство и принцип действия
- 2.1 Цифровые
- 2.2 Униполярные
- 2.3 Биполярные
- 2.4 Омниполярные
- 2.5 Аналоговые
3 Применение
- 3.1 Линейные
- 3.2 Датчик тока
- 3.3 Тахометр
- 3.4 Датчик вибраций
- 3.5 Детектор ферромагнетиков
- 3.6 Датчик угла поворота
- 3.7 Бесконтактный потенциометр
- 3.8 ДХ в бесколлекторном двигателе постоянного тока
- 3.9 Датчик расхода
- 3.10 Датчик положения
- 3. 11 Цифровые
- 3.12 Датчики
  - 3.12.1 Контроллер частоты вращения
  - 3.12.2 Контроллер системы зажигания авто
  - 3.12.3 Контроллер положения клапанов
  - 3.12.4 Контроллер бумаг в принтере
- 3.13 Устройства синхронизации
- 3.14 Счетчик импульсов
- 3.15 Блокировка дверей
- 3.16 Измеритель расхода
- 3.17 Бесконтактное реле
- 3.18 Детектор приближения
4 Какие функции выполняет в смартфоне
5 Как изготовить своими руками
6 Преимущества и недостатки

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.

Устройство и принцип работы датчика Холла, схема подключения и применение. Как проверить датчик Холла в автомобиле

Автор Master OffRoad На чтение 9 мин. Просмотров 1.3k. Опубликовано 28. 12.2020

Содержание

Датчик Холла — что это такое в автомобиле?
Описание и применение
Преимущества датчиков Холла
Недостатки датчиков Холла
Аналоговые и цифровые решения
На основе операции
Биполярный датчик Холла
Униполярный датчик Холла
Признаки неисправности датчика Холла
Проверка датчика
Диагностика мультиметром
Проверка сопротивления
Создание имитации контроллера Холла
Замена датчика Холла
Видео, как заменить датчик Холла своими руками
Заключение

Датчик Холла — что это такое в автомобиле?

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

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

Поломка прибора приводит к возникновению неисправностей инжектора.

Описание и применение

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.

Преимущества датчиков Холла

Датчики эффекта Холла имеют следующие преимущества:

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

Датчики эффекта Холла имеют следующие недостатки:

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

Аналоговые и цифровые решения

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

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

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

На основе операции

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

биполярный;
униполярный.

Биполярный датчик Холла

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

Униполярный датчик Холла

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

Признаки неисправности датчика Холла

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

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

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

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

Проверка датчика

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

Диагностика мультиметром

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

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

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

Следующий этап диагностики:

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

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

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

Проверка сопротивления

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

Принцип проверки выглядит так:

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

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

Создание имитации контроллера Холла

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

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

Замена датчика Холла

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

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

Обычно замена датчика Холла состоит из нескольких этапов:

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

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

Видео, как заменить датчик Холла своими руками

Заключение

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

Источники

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

Схемы датчиков Холла, теория, работа 2022

Рис. 1

Льюис Лофлин

Здесь я расскажу о теории работы и использовании датчиков Холла. Я включу магнитное «смещение» датчиков Холла для обнаружения зубьев в шестерне или зазора или пространства в шестерне.

Мы также изготовим собственную защелку Холла и переключатель Холла, покроем схемы триггера Шмитта и компаратора.

Хотя датчики Холла уже широко используются в автомобилестроении и промышленности, они жизненно важны для работы электромобилей нового поколения.

Производство электромобилей находится на грани технологического взрыва.

Не те же старые датчики Холла

На этом рисунке электромобиля Melexis Engineering показано, где датчики Холла используются для определения положения педалей, трехфазного тока обмотки двигателя, вращения двигателя, скорости вращения колеса и т. д.

В прошлом было три Типы датчиков Холла. Наиболее распространенными были логометрический или аналоговый выход, переключатель Холла и защелка Холла.

Переключатель Холла и защелка Холла считаются цифровыми выходами, которые включают транзистор с открытым коллектором.

Я добавляю два новых определения, которые я представлю. Одним из них является устройство с несколькими пластинами Холла с 2-4 или более пластинами Холла в одном корпусе.

Хорошим примером являются интеллектуальные датчики Холла, использующие 4 пластины Холла от ams. com.

Другим вариантом являются усовершенствованные цифровые устройства Холла, некоторые из которых имеют несколько выходов, а другие представляют собой 2-проводные цифровые устройства, которые можно даже запрограммировать.

Melexis MLX92251 имеет два выхода на МОП-транзисторах с открытым стоком. Работает от 2,7В до 24В.

На блок-схеме Melexis MLX92251 показаны две пластины Холла и два выхода для скорости и направления.

Двигатель с датчиком Холла Melexis MLX92251 с двумя выходами.

Infineon TLE4999I3 — это «Программируемый двухканальный линейный датчик Холла с интерфейсом PSI5».

Интерфейс PSI5 определяется как:

Интерфейс периферийных датчиков 5 (PSI5) — это шинный интерфейс, используемый в автомобильных приложениях. Это открытый стандарт, который уже несколько лет используется в датчиках подушек безопасности. Интерфейс предлагает высоконадежную и быструю передачу данных.
При связи PSI5 цифровой манчестерский код с токовой модуляцией передается по кабелю витой пары. Поскольку это интерфейс с модуляцией тока, он обладает высокой устойчивостью к электромагнитным помехам. Кроме того, проверка циклическим избыточным кодом выявляет ошибки при передаче. К одной шине PSI5 можно подключить до трех датчиков.
PSI5 обеспечивает безопасную передачу данных и помогает уменьшить размер, вес и стоимость автомобильного жгута проводов и разъемов, и поэтому является отличным интерфейсом для автомобильных приложений определения положения.

Арт. ams.com.

Типичным логометрическим датчиком Холла является Allegro A1301. Он содержит «пластину» Холла и дифференциальный усилитель.

Кроме того, устройство имеет температурную и другие схемы компенсации. Датчик Холла лучше называть интегральной схемой.

Все датчики Холла, включая современные цифровые версии, используют пластину Холла и дифференциальный усилитель. Напряжение Холла очень мало, часто в микровольтах.

Эффект Холла был открыт в 1879 г.лет до открытия электрона в 1897 г.

В то время как эффект присутствует в металлах, сегодня мы используем легированные фосфором полупроводники, такие как антимонид индия, арсинид индия, арсинид галлия.

И да, графен. Графен может быть гораздо более чувствительным, чем другие материалы, из-за «очень высокой подвижности носителей при комнатной температуре…» Институт Макса Планка. Чувствительность традиционного кремниевого датчика составляет 70 В/АТ, тогда как их графеновый датчик Холла имеет чувствительность 7000 В/АТ, что в 100 раз более чувствительно, чем эквивалентное кремниевое устройство.

№ по каталогу www.azonano.com 4 апреля 2022 г.

Он обнаруживает магнитные поля в диапазоне нанотесла, в то время как датчики Холла, с которыми мы обычно имеем дело, работают в диапазоне миллитесла или гаусса.

Выходное напряжение пластины Холла представляет собой небольшое аналоговое напряжение. Полярность напряжения зависит от полярности магнитного поля.

Поясним некоторые определения.

Южный полюс считается положительным магнитным полем. Северный полюс считается отрицательным магнитным полем. Считается, что магнитный поток течет от отрицательного к положительному.

Во многих спецификациях используются термины «униполярный» и «биполярный». Это не относится к источнику питания, даже несмотря на то, что большинство датчиков могут использовать биполярное питание, это не то, к чему они относятся.

Униполярный датчик Холла относится только к 1 магнитному полюсу, который управляет датчиком. Это относится только к одной печатной стороне упаковки. Хорошим примером является переключатель Холла.

Переключатель Холла срабатывает, когда положительный полюс воздействует на печатную поверхность. Отрицательный полюс ничего не делает.

Биполярный датчик Холла относится к защелке Холла и, возможно, к логометрическому датчику. С защелкой Холла южный полюс включает переключатель, северный полюс выключает переключатель.

Старый материал:

Использование датчиков Холла с переменным током
Использование переключателей и датчиков на эффекте Холла
Рационометрические датчики Холла

Рис. 2 Датчики Холла «ось» примеры чувствительности.

В литературе упоминается лицевая сторона датчика. Но новые датчики Холла размещают пластину Холла вертикально к печатной поверхности или даже по бокам.

См. Allegro A1130-32 Двухпроводные однополюсные вертикальные переключатели Холла

При использовании логометрического датчика выходной сигнал или VOUT увеличивается/уменьшается в зависимости от силы магнита, полярности и расстояния от датчика Холла.

При отсутствии магнитного поля VOUT = 2,5 В при питании 5 В. По мере приближения южного полюса к отпечатанному лицу VOUT увеличивается. Я никогда не видел, чтобы датчик перешел на полную VCC.

Северный полюс магнита на печатной стороне уменьшает VOUT до нуля, если он достаточно силен.

Обратите внимание, что ненапечатанное лицо также работает так же, но наоборот. Северный полюс увеличивает Vвых.

На рис. 2 показана «ось чувствительности», где магнитное поле перпендикулярно пластине Холла. Подробнее об этом ниже.

Примечание. Существуют датчики Холла, известные как «вертикальные», в которых пластина Холла расположена перпендикулярно TO-92 или другому корпусу. Это позволяет обнаруживать магнит сбоку, а не спереди или сзади упаковки.

См. следующий рисунок:

Allegro A1262 Двухканальная защелка на эффекте Холла 1
Allegro A1262 Двухканальная защелка на эффекте Холла 2

Это тоже двухпроводное устройство. Вертикаль относится только к отношению пластины Холла.

Ниже приведены дополнительные примеры двухпроводных датчиков Холла.

Allegro APS12170 Двухпроводная защелка с эффектом Холла
Allegro APS12170 Электрические соединения.

Рис. 3 Ратиометрический датчик Холла Allegro A1301.

Типичными являются A1301 и A1302 ратиометрические интегральные схемы линейных датчиков Холла с непрерывным временем.

«Они оптимизированы для точного обеспечения выходного напряжения, пропорционального приложенному магнитному полю. Эти устройства имеют выходное напряжение покоя, которое составляет 50% от напряжения питания. (VCC = 4,5 В — 6 В) Два варианта чувствительности выхода: при условии: 2,5 мВ/Гс, типичное для A1301, и 1,3 мВ/Гс, типичное для A1302».

Примечание: 1 Тесла = 1000 мТл; 1 мТл = 10 Гс. Магнит на холодильник ~ 100 Гс или 10 мТл. Магнит аппарата МРТ 1-3 Тесла.

При 2,4 мВ/Гаусс и 1,3 мВ/Гаусс это чувствительные устройства.

Источник: спецификация A1301.

Теперь давайте углубимся в эффект Холла и связанные с ним схемы.

Рис. 4 Пример пластины датчика Холла с источником постоянного тока LM317.
Щелкните изображение, чтобы увеличить его.

Датчики Холла для хобби-электроники

Не повторяйте это. Это только для иллюстрации. Также обратите внимание на рис. 1.

На рис. 4 показано соотношение напряжений в «пластине» датчика Холла.

В моем случае я воссоздал эксперимент из урока физики в колледже. Я сделал пластину Холла из металлического висмута, который я расплавил с помощью тепловой пушки. Полученная металлическая полоса была хрупкой и требовала осторожного обращения.

Я использовал источник постоянного тока LM317, который я использовал в других проектах, для создания стабильного тока через полоску висмута.

Затем я использовал мощный неодимовый магнит, удерживаемый перпендикулярно потоку тока. Я создал небольшое поперечное напряжение, полярность которого зависела от магнитной полярности магнита.

Поперечное напряжение определяется как цитата,

.. электрический ток течет по проводнику в магнитном поле, магнитное поле оказывает поперечное усилие на движущиеся носители заряда, которое стремится оттолкнуть их к одной стороне проводника . Это наиболее очевидно в тонком плоском проводнике … Накопление заряда на сторонах проводников уравновешивает это магнитное влияние, создавая измеримое напряжение между двумя сторонами проводника. Наличие этого измеримого поперечного напряжения называется эффектом Холла в честь Э. Х. Холла, открывшего его в 1879 г..

Арт. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnet/Hall.html

Это напряжение очень маленькое в диапазоне микровольт и когда я усилил его в 100 раз, все равно получилось 8-12 мВ.

См. Датчик Холла из тонкого листа металлического висмута.

См. Melexis Engineering График эффекта Холла демонстрирует поперечное напряжение, создаваемое магнитом.

Рис. 5 Самодельная схема Холла с дифференциальным усилителем на LM358.
Щелкните изображение, чтобы увеличить его.

На рис. 5 показана висмутовая пластина Холла с дифференциальным усилителем LM358. В целом схема непрактична, и коммерческие устройства работают гораздо лучше.

Это иллюстрирует использование дифференциального усилителя, который я буду использовать в другом месте.

Рис. 5 В датчике Холла используется тороид с зазором для увеличения плотности магнитного потока.
Щелкните изображение, чтобы увеличить его.

На рис. 5 я использую тороид с зазором для концентрации магнитного потока от проводника. Проводником может быть обмотка двигателя постоянного тока или кабель питания.

Магнитный поток пропорционален протеканию тока, поэтому выходное напряжение (VOUT) датчика Холла пропорционально магнитному потоку, т. е. протеканию тока.

Мы можем измерить ток на основе уровня напряжения на VOUT датчика Холла.

Мы также можем определить направление тока. Одно направление от 2,5 В до ~ 4,4 В, другое направление от 2,5 В до 0 В. Я никогда не видел, чтобы датчик Холла перешел на полную VCC.

Мы также можем использовать переключатель Холла, где выход включается, когда присутствует достаточный ток. Использование защелки Холла также будет сигнализировать о протекании тока, но будет оставаться включенным до тех пор, пока ток не изменится на противоположный.

До сих пор я обсуждал логометрический датчик Холла Allegro A1301. Выходное напряжение сосредоточено на 1/2 VCC, что при 5 В составляет 2,5 В, 6 В при VCC = 12 В.

Теперь давайте рассмотрим переключатель Холла и защелку Холла.

Рис. 6 Allegro A3141 Функциональная схема переключателя Холла.
Щелкните изображение, чтобы увеличить его.

Переключатель Холла против защелки Холла

Теперь обратимся к переключателям Холла и защелкам Холла.

Оба содержат пластину Холла и усилитель, как и логометрический.

В отличие от логометрического датчика Холла они добавили триггер Шмитта и выходной транзистор с открытым коллектором.

Коллектор транзистора можно подтянуть до VCC или даже разного напряжения через резистор.

Транзистор не выдерживает большого тока, обычно около 20 мА. Для большей мощности мы можем управлять транзистором PNP.

См. мой рисунок Honeywell SS466A соединения цепи защелки на эффекте Холла. См. схему C.

Когда переключатель Холла или защелка при включении транзисторного коллектора включается или переходит в НИЗКИЙ уровень. Он переключается на землю.

Когда переключатель Холла/защелка выключен, транзистор выключен, коллектор имеет ВЫСОКИЙ уровень или непроводящий.

Переключатель Холла включается при наличии (южный полюс на лицевой стороне) магнита. Уберите магнит, датчик выключится.

Защелка Холла включается так же, как и выключатель, но не выключается при удалении магнита.

Придется использовать противоположный магнитный полюс (северный полюс на печатной стороне), чтобы отключить защелку.

Переключатель Холла и защелка Холла отличаются только одним аспектом — гистерезисом триггера Шмитта.

Вернемся к работе логометрического датчика Холла. Выключатели и защелки Холла имеют пластину Холла и дифференциальный усилитель.

В случае моих тестовых схем я использовал 12 вольт. При отсутствии магнитного поля (0 мТл) на пластине Холла выход дифференциального усилителя смещен на ~1/2 VCC.

Снова южное (положительное) магнитное поле на печатной стороне, выходное напряжение увеличивается в направлении VCC. В северном (отрицательном) магнитном поле выходное напряжение уменьшается до нуля.

Это обновленное введение в датчики Холла.

В следующем разделе мы используем логометрический датчик Холла с компаратором для создания переключателя Холла и защелки Холла.

См. проекты компараторов LM311 для любителей, использующих датчики Холла.

Цепи датчика Холла, теория, работа Обновлено 2022
Как датчики Холла обнаруживают черные металлы
Исследование всенаправленных датчиков Холла с помощью TI DRV5032

Проекты компаратора

LM311 с использованием датчиков Холла

Датчик Холла переменного тока
Использование переключателей и датчиков на эффекте Холла
Использование ратиометрических датчиков Холла

Датчики Холла

с Arduino

Видео с эффектом Холла на YouTube

Базовые датчики Холла

YouTube
Цепи датчика Холла YouTube

Веб-мастер
Хобби-электроника
Электронная почта

DRV5013-Q1 Автомобильный датчик Холла с цифровой фиксацией
DRV5013-Q1 Датчик Холла Магнитное управление

Цепи компаратора:
Учебное пособие по теории компараторов
Гистерезис компаратора и триггеры Шмитта
Информация и схемы компаратора напряжения
Анализ цепей оконного компаратора
Фотодиодные схемы, работа и использование
Руководство по схемам фотодиодных операционных усилителей
YouTube:
Фотодиоды и как они работают
Схемы фотодиодных операционных усилителей
Использование драйверов фотогальванических МОП-транзисторов
YouTube:
Схема компаратора Введение

Различные изображения.

Allegro 3141-3144 Переключатель на эффекте Холла
Allegro A1130-32 Двухпроводные однополюсные вертикальные переключатели на эффекте Холла
Allegro A1301 Ратиометрический датчик Холла
Allegro A1262 Двухканальная защелка на эффекте Холла 1
Allegro A1262 Двухканальная защелка на эффекте Холла 2
Honeywell SS466A Защелка с эффектом Холла
Соединения Защелка Холла серии SS400
Allegro APS12170 Двухпроводная защелка с эффектом Холла
Allegro APS12170 Электрические соединения.

Датчики Холла в электромобилях
Melexis MLX

Быстрая навигация на этом веб-сайте:
Базовое обучение электронике и проекты
Основные проекты твердотельных компонентов
Проекты микроконтроллеров Arduino
Электроника Raspberry Pi, программирование

Спец. листов все формат PDF:
Датчик Холла UGN3013 (файл PDF)
TL173C, логометрический датчик Холла, 12 В
UGN3503 Ратиометрический датчик Холла, 5 В
Защелка Холла Honeywell SS466

Линейный датчик Холла — рабочая и прикладная схема

Вы здесь: Домашняя страница / Датчики и детекторы / Линейный датчик Холла — рабочая и прикладная схема

Последнее обновление , 22 апреля 2021 г. , Swagatam 55 комментариев

ИС с линейным эффектом Холла — это магнитные сенсорные устройства, предназначенные для реагирования на магнитные поля для выработки пропорционального количества электроэнергии.

Таким образом, он становится полезным для измерения напряженности магнитных полей и в приложениях, требующих переключения выхода через магнитные триггеры.

Современные ИС на эффекте Холла разработаны с учетом устойчивости к большинству механических воздействий, таких как вибрации, рывки, удары, а также к влаге и другим атмосферным загрязнениям.

Эти устройства также невосприимчивы к колебаниям температуры окружающей среды, которые в противном случае могли бы сделать эти компоненты уязвимыми для нагревания и привести к неправильным результатам вывода.

Как правило, современные ИС с линейным эффектом Холла могут оптимально работать в диапазоне температур от -40 до +150 градусов Цельсия.

Содержание

Базовая схема расположения выводов

Рационометрический Заданное функционирование

Многие стандартные линейные ИС на эффекте Холла, такие как серия A3515/16 от Allegro или DRV5055 от ti.com, по своей природе являются «логометрическими», при этом выход устройств в состоянии покоя напряжение и чувствительность изменяются в зависимости от напряжения питания и температуры окружающей среды.

Напряжение покоя обычно может составлять половину напряжения питания. В качестве примера, если мы считаем, что напряжение питания устройства составляет 5 В, в отсутствие магнитного поля его выходное напряжение в состоянии покоя обычно составляет 2,5 В и будет изменяться со скоростью 5 мВ на гаусс.

В случае увеличения напряжения питания до 5,5 В, напряжение покоя также будет соответствовать 2,75 В, а чувствительность достигнет 5,5 мВ/Гс.

Что такое динамическое смещение

ИС с линейным эффектом Холла, такие как BiCMOS A3515/16, включают запатентованную систему динамического подавления смещения с помощью встроенного высокочастотного импульса, так что остаточное напряжение смещения материала Холла контролируется соответственно.

Остаточное смещение обычно может возникать из-за переформовки устройства, температурных несоответствий или из-за других соответствующих стрессовых ситуаций.

Вышеупомянутая особенность делает эти линейные устройства значительно стабильным выходным напряжением покоя, хорошо устойчивыми ко всем типам внешних негативных воздействий на устройство.

Использование линейной ИС на эффекте Холла

ИС на эффекте Холла можно подключить с помощью данных соединений, где контакты питания должны быть подключены к соответствующим клеммам постоянного напряжения (регулируемым). Выходные клеммы могут быть подключены к соответствующим образом откалиброванный вольтметр с чувствительностью, соответствующей выходному диапазону Холла.

Рекомендуется подключение шунтирующего конденсатора 0,1 мкФ непосредственно к контактам питания ИС, чтобы защитить устройство от внешних электрических помех или паразитных частот.

После включения устройства может потребоваться несколько минут периода стабилизации, в течение которого его нельзя эксплуатировать с магнитным полем.

После внутренней термостабилизации устройства его можно подвергать воздействию внешнего магнитного поля.

Вольтметр должен немедленно зарегистрировать отклонение, соответствующее силе магнитного поля.

Определение плотности потока

Для определения плотности потока магнитного поля выходное напряжение устройства может быть нанесено на график и расположено по оси Y калибровочной кривой, пересечение выходного уровня с калибровочной кривой подтверждает соответствующее плотность потока на кривой по оси X.

Области применения линейных устройств Холла

Линейные устройства Холла могут иметь различные области применения, некоторые из них представлены ниже:
Бесконтактные амперметры для измерения тока, проходящего извне через проводник.
Измеритель мощности, идентичный предыдущему (счетчик ватт-часов) Обнаружение точки срабатывания по току, когда внешняя схема интегрирована со ступенью измерения тока для контроля и отключения заданного предела превышения тока.
Тензометрические датчики, в которых коэффициент деформации магнитно связан с датчиком Холла для обеспечения требуемых выходных сигналов.
Применения со смещенным (магнитным) зондированием Детекторы черных металлов, в которых устройство на эффекте Холла сконфигурировано для обнаружения черного материала посредством определения относительной силы магнитной индукции Датчик приближения, как и в приведенном выше приложении, приближение определяется путем аппроксимации относительной магнитной силы по устройство Холла.
Джойстик с определением промежуточного положения Определение уровня жидкости, еще одно релевантное применение датчика Холла. Другими подобными приложениями, которые используют напряженность магнитного поля в качестве основной среды наряду с устройством на эффекте Холла, являются: Датчики температуры/давления/вакуума (с сильфонным узлом) Датчики положения дроссельной заслонки или воздушного клапана Бесконтактные потенциометры.

Принципиальная схема с использованием датчика Холла

Описанный выше датчик Холла можно быстро настроить с помощью нескольких внешних частей для преобразования магнитного поля в электрические импульсы переключения для управления нагрузкой. Простую принципиальную схему можно увидеть ниже:

В этой конфигурации датчик Холла будет преобразовывать магнитное поле в пределах заданной близости и преобразовывать его в линейный аналоговый сигнал на своем «выходном» выводе.

Этот аналоговый сигнал можно легко использовать для управления нагрузкой или для питания любой желаемой схемы переключения.

Как повысить чувствительность

Чувствительность приведенной выше базовой схемы на эффекте Холла можно повысить, добавив дополнительный PNP-транзистор к существующему NPN, как показано ниже:

Использование операционного усилителя

Датчик Холла DRV5055 также может быть интегрирован с операционным усилителем для получения результатов включения в ответ на магнитное сближение с устройством на эффекте Холла.

Здесь инвертирующий вход операционного усилителя настроен на фиксированное опорное напряжение 1,2 В с использованием двух диодов серии 1N4148, а неинвертирующий вход операционного усилителя настроен на выход эффекта Холла для предполагаемого обнаружения.

Пресет 1k используется для установки порога переключения, при котором ОУ должен переключаться, в зависимости от силы и уровня близости магнитного поля вокруг эффекта холла.

При отсутствии магнитного поля выходной сигнал датчика Холла остается ниже установленного порога входных сигналов операционного усилителя.