Датчики Холла в вентиляторах для котлов

.

20.09.2021

Вентиляторы с датчиком Hall

В вентиляторах для твердотопливных котлов используются электронно-коммутируемые электродвигатели, которыми управляют контроллеры, изменяя ток питания. Но для более точной регулировки необходима не только косвенная обратная связь от температурных датчиков в СО, но и непосредственные данные о скорости вращения крыльчатки. Чтобы получить численное значение оборотов, используются датчики Холла (Hall sensors).

Немного теории:

Если упростить, то физический смысл датчика Холла в том, что если подать на него напряжение в направлении А-B (продольном или горизонтальном, как кому удобнее для понимания) и поместить в магнитное поле, то в направлении C-D (поперечном или вертикальном) возникнет разность потенциалов. Эту разность можно использовать как сигнал обратной связи в зависимости от мощности и положения поля.

Существует несколько разновидностей датчиков Холла – униполярные, биполярные, аналоговые, интегральные. Однако все эти подробности, как и принципиальные схемы подключения, важны для специалистов по электротехнике. На уровне пользователя и даже монтажника систем отопления нас интересуют датчики для определения оборотов электродвигателя. 

Принцип действия датчика Холла в вентиляторе

В вентиляторах используются бесщёточные электродвигатели, в которых ротор (крыльчатка) содержит постоянные магниты, а статор представляет собой набор обмоток. Благодаря этому нет изнашиваемых элементов и значительно снижен уровень шума при работе. Вращающееся магнитное поле позволяет отсчитывать обороты с помощью датчика Холла: меняющиеся полюса формируют прямоугольный сигнал 0-1, который легко обрабатывается контроллером.

Зачем это нужно? Автоматика или сам пользователь, если предусмотрено отображение на табло, могут отслеживать, как изменения управляющего тока влияют на обороты и сопоставлять с режимом работы котла, температурой в контуре или помещении. Для систем отопления с определённой инерцией это может быть важно для корректного просчёта алгоритмов PID и т. д. 

 

---

Преимущества датчиков Холла

Датчики Холла в разных модификациях используются для обнаружения тока (или обрывов) в проводке, в автомобильных системах зажигания, как детекторы вибрации, расхода, положения, блокираторы дверей. Как счётчики оборотов, они обладают рядом преимуществ:

• простые конструктивные решения, в отличие от оптических;

• надёжность из-за отсутствия изнашиваемых элементов;

• на показания не влияют ни пыль, ни влага;

• не требуется обслуживание.

Вместе с тем, датчики Холла чувствительны к температуре, так как работают с малыми токами, а также к электромагнитным помехам (причём, с нагревом влияние помех усиливается).

Вентиляторы со встроенным датчиком Холла имеют отдельный разъём RJ11 на клеммной коробке для взаимодействия с контроллером.

 

 

 

Датчик Холла и принцип его работы. Типы датчиков и их особенности.

Главная » Виды датчиков

Содержание

1. Что такое датчик Холла
2. Какие бывают типы датчиков Холла
3. Применение датчиков Холла
4. Датчик Холла или геркон?

Что такое датчик Холла

Для того чтобы понять, что такое датчик Холла нужно сначала разобраться какие физические свойства он использует. Этот датчик использует внешние магнитные поля и их воздействием на проводники или полупроводники.

В них используется принцип Холла, который заключается в том, что если по проводнику или полупроводнику протекает ток в одном направлении и он проходит перпендикулярно магнитному полю, то можно измерить напряжение, проходящее под прямым углом к движению тока.

датчик Холла

В 19 веке американский физик Эдвин Холл проводил эксперименты с пластиной золота через которую он пропускал электрический ток. Когда он поднес к пластине постоянный магнит, то обнаружил на гранях перпендикулярных протеканию тока разность потенциалов т.е. напряжение. В честь этого ученого и назвали этот эффект.

Датчик Холла является магнитным датчиком т.е. устройством, генерирующим электрические сигналы пропорциональные магнитному полю, которое к нему приложено. Далее сигнал может усиливаться и преобразовываться для дальнейшей обработки.

клещи для измерения тока

Самым простым примером применения эффекта Холла могут служить токоизмерительные клещи, которые применяются для бесконтактного определения силы тока, протекающего по проводнику.

Какие бывают типы датчиков Холла

Датчики Холла подразделяются на два типа:

1. Аналоговые датчики Холла
   В этом типе датчиков использовано преобразование магнитной индукции напрямую в напряжение. Свое применение аналоговые датчики нашли в измерительных технических устройствах. Это, например, датчики тока, датчики вибрации, датчики угла поворота.
2. Цифровые датчики Холла
   Цифровой датчик Холла имеет всего два положения, которые показывают наличие или отсутствие магнитного поля. Практически это аналог геркона, но если в герконе присутствует механический контакт, то цифровой датчик Холла бесконтактный.

датчик с эффектом Холла

Подразделяются такие датчики на три вида:

• Униполярный – когда сила магнитного поля достигает определенной величины датчик срабатывает. Такие датчики откликаются только на один полюс. Если к датчику поднести магнит другим полюсом, то датчик на него не реагирует. Когда сила магнитного поля снижается датчик возвращается в исходное положение.
• Биполярный – в этом случае имеет значение полярность магнитного поля. Один полюс включает датчик, другой полюс выключает.
• Омниполярный датчик Холла – реагирует на любой магнитный полюс. Т.е. любой полюс может включать и выключать датчик. Это может быть, как южный, так и северный полюс.

Как правило цифровой датчик Холла имеет три вывода и внешне похож на транзистор.

сенсор Холла с выводами

На два вывода датчика подается питание, которое может быть, как однополярным, так и двуполярным. Третий вывод сигнальный. Такой тип датчиков часто применяется в бесконтактных системах зажигания, как датчик скорости в автомобилях и т.д.

Применение датчиков Холла

Разберем более подробно области применения датчиков Холла.

• В смартфонах датчик Холла используется в комплекте с магнитным чехлом. Он позволяет определить чехол открыт или закрыт. Если чехол открыт, то смартфон включается, если открыт, то выключается. Также преобразователь Холла ориентирует телефон по горизонту земли и помогает работе компаса. На мобильных телефонах-раскладушках также применяется датчик Холла для определения телефон находится в открытом или закрытом положении.

умный чехол для смартфона

• В ноутбуках также датчик используется для определения открыта крышка или нет. Сам датчик Холла установлен на материнской плате. На крышке ноутбука установлен магнит. Закрываем крышку – экран гаснет.
• В стиральных машинах стоит таходачик для подсчета количества оборотов мотора. Электронная система стиральной машинки на основе показаний датчика принимает решение нарастить или уменьшить скорость оборотов и какое количество оборотов нужно для выбранного режима.
• В автомобилях часто используется эффект Холла в системах зажигания. Находится датчик в трамблере и заменяет собой контактор. Он определяет в какой момент появляется искра и передает данные в блок электроники. Могут применяться униполярные или биполярные данные. Момент создания искры и количество импульсов определяется бесконтактно и теоретически датчики могут работать неограниченное время.
• В системах сигнализации в бесконтактных выключателях.
• В системах контроля и управления доступом (СКУД) для чтения магнитных кодов
• В системах определения уровня жидкости.
• Для проверки наличия скрытой проводки.
• Для измерения силы тока.

Arduino с датчиком Холла

• В робототехнических наборах для изучения эффекта Холла. Это позволяет наглядно показать, как используются магнитные поля в датчиках.

То есть датчики Холла применяются в технических областях там, где требуется бесконтактный способ считывания информации. Недостатком датчиков Холла является их зависимость от электрических помех в электроцепях и как следствие снижение надежности. Но при создании электронных устройств такие факторы учитываются и позволяют снизить эти негативные воздействия.

Датчик Холла или геркон?

Что такое датчики Холла и какова их роль в двигателях постоянного тока?

Вы здесь: Домашняя страница / Часто задаваемые вопросы + основы / Часто задаваемые вопросы: Что такое датчики Холла и какова их роль в двигателях постоянного тока?

11 января 2017 г.

By Danielle Collins Оставить комментарий

Двигатели постоянного тока могут быть щеточного типа, которые коммутируются механически, или бесщеточными, которые коммутируются электрически. В бесщеточных двигателях постоянного тока (BLDC) датчики Холла используются вместо механического коммутатора и щеток.

Датчики Холла представляют собой полупроводниковые датчики магнитного поля. Они работают по принципу, согласно которому, когда проводник с током, протекающим по нему, помещается в магнитное поле, магнитное поле индуцирует поперечную (или боковую) силу на носителях заряда, которая отталкивает их в стороны от проводника – отрицательная на единицу сторону и положительный на другую сторону. Это накопление заряда на сторонах проводника индуцирует напряжение. Этот эффект называют эффектом Холла в честь его первооткрывателя Эдвина Холла.

Бесщеточный двигатель постоянного тока с тремя датчиками Холла для определения положения ротора.
Изображение предоставлено: Honeywell International Inc.

Целью коммутации, будь то механическими или электрическими средствами, является подача питания на обмотки статора в определенной последовательности, при этом одна обмотка положительная, одна отрицательная, а третья отключена. Создание крутящего момента вызвано притяжением и отталкиванием между полем статора и постоянными магнитами ротора. Максимальный крутящий момент достигается, когда эти два поля ориентированы на 90 градусов друг к другу, и крутящий момент уменьшается по мере выравнивания их полей. Следовательно, чтобы двигатель продолжал вращаться, магнитное поле статора должно менять свое положение по мере того, как поле ротора «догоняет» его.

Чтобы подать питание на правильную обмотку статора, необходимо знать положение ротора. Это работа датчиков Холла — следить за положением ротора. Двигатели BLDC обычно имеют три датчика Холла, установленных либо на статоре, либо на роторе, и используют так называемую шестиступенчатую коммутацию. Когда ротор проходит мимо датчика, он выдает либо высокий, либо низкий сигнал, указывающий, какой полюс ротора (N или S) прошел.

Это переключение трех датчиков Холла (с высокого на низкий или с низкого на высокий) предоставляет информацию о положении ротора каждые 60 градусов.

При шестиступенчатой ​​коммутации на каждую из трех обмоток (U, V, W) подается положительное, отрицательное или выключенное напряжение, в зависимости от того, находится ли каждый из трех датчиков Холла в высоком или низком состоянии.
Изображение предоставлено Atmel Corp.

---

60°, умноженное на шесть шагов, равно 360° или одному полному обороту. Отсюда и термин шестишаговая коммутация.

---

Датчики Холла являются наиболее распространенным методом определения положения ротора в двигателях BLDC из-за их низкой стоимости и простоты использования с постоянными магнитами ротора. А поскольку коммутация происходит с шагом 60 градусов, датчики и выходные данные с высоким разрешением не нужны.

Подробное, но простое руководство по шестиступенчатой ​​коммутации можно найти в этом видео от maxon motor.

Рубрики: Двигатели постоянного тока, Часто задаваемые вопросы + основы, Рекомендуемые, Сборник случаев движения, Датчики + зрение

Датчики Холла

: что лучше всего подходит для вашей конструкции?

Датчики Холла используются в самых разных областях, включая автоматизацию производства и процессов; автоматизация зданий, дома и офиса; медицинские приложения; контроллеры мобильности и робототехники; сельское хозяйство и тяжелая техника; садовые и электроинструменты; и предметы домашнего обихода, такие как стиральные машины, сушилки, индукционные плиты и системы отопления и охлаждения (HVAC). Учитывая потенциальное использование во многих приложениях и наличие нескольких типов датчиков Холла, нас часто спрашивают, какой из них лучше всего подходит для данной конструкции.

   

Что такое датчик Холла?

Датчики на эффекте Холла используют магнитные поля для определения таких факторов, как положение, близость, смещение, скорость и ток. Существует два основных типа датчиков Холла: переключатели Холла и линейные датчики Холла. Кроме того, на рынок выходит новый тип датчиков Холла: датчики прямого угла.

   

Переключатели Холла включаются или выключаются на основе сравнения фиксированных пороговых уровней

Датчики Холла измеряют и сравнивают напряженность магнитного поля с фиксированным пороговым уровнем в датчике. Как только это значение превышено, выходной транзистор включается или выключается. Семейство переключателей включает в себя простые переключатели (такие как Micronas HAL 5xy и HAL 2xy), двухпластинчатые переключатели (Micronas HAL 7xy), а также очень сложные программируемые переключатели (Micronas HAL 10xy).

   

Линейные датчики Холла обеспечивают пропорциональные выходные сигналы на основе напряженности магнитного поля

Линейные датчики Холла отличаются от переключателей тем, что они не имеют дискретного состояния переключения, а выдают сигнал, пропорциональный напряженности магнитного поля. Выходной сигнал может подаваться в виде аналогового выходного напряжения, сигнала с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) или в виде современного протокола шины (LIN, SENT). Семейство линейных датчиков включает непрограммируемые (Micronas HAL 4xy) и программируемые (Micronas HAL 8xy) датчики, а также датчики с прямым подключением к сети (Micronas HAL 28xy).

   

Датчики прямого угла Сравните сигналы более чем в одной плоскости

Новые типы датчиков Холла больше не измеряют абсолютное магнитное поле. Датчики прямого угла анализируют синусоидальные и косинусоидальные измерения магнитного поля. Вертикально ориентированные пластины Холла измеряют компоненты магнитного поля в плоскости чипа, а не компоненты, перпендикулярные поверхности чипа. Мониторинг относительной силы обоих компонентов приводит к стабильному выходному сигналу, даже если расстояние между магнитом и датчиком меняется. Это позволяет измерять угловое вращение от 0° до 360° с очень высокой точностью.