Требования к системе электронного зажигания. Описание электронной системы с датчиком Холла. Принцип действия

Электротехника \ Электротехника, электроника и электроприводы машин

Страницы работы

15 страниц (Word-файл)

Посмотреть все страницы

Скачать файл

Фрагмент текста работы

Работа датчика Холла основана на использовании гальваномагнитного эффекта в элементе Холла, который представляет собой тонкую [пластину с четырьмя выводами I (рис. 1), выполненную из полу-I проводниковых       материалов: германия,   кремния,    арсенида галлия, арсенида индия, антимода, Толщина пластины из полупроводникового  кристалла   составляет 10~⁴ м.

Рис. 1. Принцип действия полупроводникового элемента Холла

ЭДС Холла очень мала, зависит от силы тока в пластине (от напряжения питания С/

п) и температуры, поэтому датчик Холла помимо элемента Холла (ЭХ) (рис. 2) включает в себя преобразователь с усилителем У, пороговый элемент К, выходной каскад на транзисторе УТ и стабилизатор напряжения (СТ). Конструктивно и технологически датчик Холла выполнен в виде одной микросхемы, называемой магнитоуправляемой интегральной схемой.

Рис. 2. Структурная схема микропереключателя на эффекте Холла (Р_н — нагрузка датчика)

Магнитное поле в датчике Холла создается постоянным магнитом 5 (рис. 3). Магнитная система и магнитоуправляемая интегральная схема 7, объединенные в одном корпусе 6, образуют микропереключатель на эффекте Холла. Коммутация магнитного потока осуществляете ротором 2 в виде шторки с экранами

3 и прорезями, выполненного из магнитомягкой стали Ротор с валиком 4 датчика-распределителя вместе с ним вращается. Число прорезей равно числу цилиндров двигателя.

Рис. 3. Схема датчика Холла:

1 — магнитоуправляемая интегральная схема; 2 — ротор;

3 — экран; 4 — валик датчика-распределителя; 5 — магнит; 6 — корпус микропереключателя

При прохождении около постоянного магнита прорези ротора силовые линии его магнитного поля пронизывают поверхность ЭХ, и на его выход появляется ЭДС е_х. Когда в зазоре между магнитоуправляемой интегральной схемой и магнитом находится экран ротора, происходит шунтирование магнитного по тока, и значение е_хснижается до минимума. При периодическом изменении магнитного потока на выходе датчика Холла формируете) сигнал об угловом положении коленчатого вала двигателя в виде им пульсов напряжения прямоугольной формы.

В датчике Холла обеспечивается гистерезис переключения входного напряжения, так как уровни а и Ь ЭДС Холла е_х)соответствующие включению и выключению порогового элемента, не совпадают. Частота вращения ротора практически не влияет на фронт и срез импульса ЭДС е_х, поэтому электрическое смещение угла опережения зажигания датчика Холла значительно меньше, чем у генераторного МЭД.

Магнитоуправляемая интегральная схема датчика Холла, как и все электронные компоненты, чувствительна к воздействию внешних факторов, поэтому должна удовлетворять требованиям, которые предъявляются к изделиям автомобильной электроники, устанавливаемым б двигательном отсеке.

В датчике Холла 40.3706.800 форма и амплитуда сигнала не зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Время увеличения и уменьшения выходного сигнала датчика составляют доли микросекунды. Датчик Холла может работать в широком диапазоне напряжения питания от 4,5 до 18 В при силе тока нагрузки 20 мА. Термическая устойчивость датчика Холла должна обеспечивать нормальную работу при температурах окружающей среды от -40 до +125 °С. Смещение угла момента зажигания во всем температурном диапазоне не должно быть большим 0,5—1,5°.

Отказы. Диагностика. Причины. Устранение.

Распределители и датчики-распределители являются ответственными элементами системы зажигания, так как определяют момент опережения зажигания двигателя внутреннего сгорания и порядок работы цилиндров. На рис. 4  представлены конструктивные схемы датчиков-распределителей бесконтактной системы зажигания соответственно с датчиком Холла (автомобили ВАЗ) и магнитоэлектрическим датчиком.

Датчик-распределитель первого типа (см. рис. 4) разбирается следующим образом. Сначала, отвернув винты, снимают высоковольтную крышку

10, ротор П и защитную перегородку 9. Отсоединяют тягу вакуумного автомата 18 опережения зажигания от подвижной пластины, на которой закреплен датчик Холла 13, и, отвернув крепежные винты, снимают вакуумный регулятор. Отвертывают винты крепления и снимают неподвижную пластину 8 в сборе с подвижной. Снимают пружину с муфты 7, удаляют штифт и отсоединяют ее от валика 2 Валик с центробежным автоматом достают из корпуса 5.

Рис. 4 Конструктивная схема датчика-распределителя бесконтактной системы зажигания с датчиком Холла:

7 — муфта; 2 — валик; 3 — маслоотражательное кольцо; 4 — сальник; 5— корпус распределителя; 6 — втулка; 7 — подшипник; 8 — неподвижная пластина; 9 — защитная перегородка; 10 — высоковольтная крышка; // — ротор; 12 — крепежный винт; 13 -— датчик Холла; 14 — экран — замыкатель датчика Холла; 15 — втулка крепления замыкателя; 16 — центробежный автомат; 77 — присоединительный разъем;

18 — вакуумный автомат

После разборки выявляют дефекты корпуса и валика датчика

Похожие материалы

Информация о работе

Скачать файл

Датчик Холла принцип работы из школьного курса физики | 🚘Авто Новости Онлайн

16. 04.2022

Среди элементов радиоэлектроники, автоматики, а также измерительной техники, датчик Холла, принцип работы которого основан на одноименном эффекте, занимает особое место. Смысл упомянутого эффекта заключается в том, что при помещении проводника в магнитное поле появляется электродвижущая сила (ЭДС), направление которой будет перпендикулярным полю и току. Как же это используется в автомобиле?

Содержание

• 1 Датчик Холла – принцип работы и назначение
• 2 Датчик Холла – схема подключения и «физика» процесса
• 3 Датчик Холла и особенности эксплуатации

Датчик Холла – принцип работы и назначение

В современных условиях происходит постоянное технологическое развитие датчиков Холла. Они отличаются надежностью, точностью и постоянством данных. Широкое распространение эти приборы получили в автомобилях и других транспортных средствах. Они обладают повышенной устойчивостью к агрессивным внешним воздействиям. Датчики Холла являются составной частью многих устройств, с помощью которых контролируется определенное состояние техники.

Во многих случаях этот прибор размещается в трамблере и отвечает за образование искры, то есть он используется вместо контактов. Нередко данный прибор применяется для слежения за током нагрузки. С его помощью производится отключение при возникновении токовых перегрузок. В случае перегревания датчика происходит срабатывание температурной защиты. Резкое изменение напряжения может иметь для устройства тяжелые последствия. Поэтому в последних моделях устанавливается внутренний диод, препятствующий обратному включению напряжения.

Датчик Холла до настоящего времени не смог заменить обычные механические переключатели. Однако в любом случае он имеет ряд значительных преимуществ. Основными из них являются отсутствие контактов, загрязнений, а также механических нагрузок. Поэтому часто можно встретить датчик Холла на скутере, применяемый в качестве составной части датчика зажигания.

Датчик Холла – схема подключения и «физика» процесса

Классическое устройство датчика Холла на практике – тонкий полупроводниковый листовой материал. При прохождении через него постоянного тока на краях листа образуется сравнительно невысокое напряжение. Если под прямым углом поперек пластинки проходит магнитное поле, то на краях листа происходит усиление напряжения, которое находится в прямо пропорциональной зависимости с магнитной индукцией. Датчик Холла является одной из разновидностей датчиков импульсов, создающих электрические импульсы с низким напряжением. Благодаря своим качествам, этот элемент широко применяется в бесконтактных системах зажигания.

Мы рассмотрели, какой имеет датчик Холла принцип работы, схема его пока что нам не ясна. Она включает в свой набор постоянный магнит, полупроводниковую пластину с микросхемой и стальной экран, имеющий прорези. Стальной экран через прорези осуществляет пропуск магнитного поля, благодаря чему в пластине из полупроводников начинает возникать напряжение. Сам экран не пропускает магнитного поля, поэтому, когда прорези и экран чередуются, происходит создание импульсов низкого напряжения.

При конструктивном объединении этого датчика с распределителем получается единое устройство – трамблер, выполняющий функции прерывателя-распределителя зажигания.

Датчик Холла и особенности эксплуатации

Когда в конструкции авто активно эксплуатируется датчик Холла, схема подключения его требует регулярных проверок и профилактического обслуживания. Главное еще и не навредить во время таких проверок, поэтому отсоединение разъема кабеля от датчика должно в обязательном порядке производиться при выключенном зажигании. Иначе элемент может просто выйти из строя, ремонтировать его нет смысла, потребуется замена.

Проверить правильность схемы можно следующим образом: при вращении коленчатого вала и, соответственно, вала распределителя должен попеременно загораться и гаснуть контрольный светодиод, указывающий на наличие сигнала. Запрещается проверять датчик с помощью обычной контрольной лампы. Особое внимание во время работы устройства следует обращать на чистоту и надежность в разъеме и контакте штекеров.

Необходимо помнить, что датчик Холла нельзя использовать в обычной системе зажигания.

Источник

Поделиться в социальных сетях

Вам может понравиться

Принцип работы датчика Холла — руководство по электротехнике

Когда ток течет по тонкому плоскому проводнику, помещенному в магнитное поле, магнитное поле оказывает поперечную силу (т. е. силу Лоренца) на движущиеся носители заряда и толкает их в одну сторону дирижера. Затем заряд накапливается и образует измеримое напряжение между двумя сторонами проводника. Это напряжение называется напряжением Холла, а это явление называется эффектом Холла.

Принцип работы датчика Холла

Включите JavaScript

Принцип работы датчика Холла

Датчики Холла работают на основе эффекта Холла. Тонкий лист металла или полупроводникового материала (пластина Холла) с проходящим через него током помещается в магнитное поле, после чего создается напряжение, перпендикулярное полю и направлению протекания тока. Поскольку напряжение Холла невелико, датчики Холла требуют усиления и преобразования сигнала.

Отличительной особенностью датчика Холла является то, что он может быть полностью интегрирован в один кремниевый чип, содержащий внутри датчик Холла, усилитель и схемы формирования сигнала. Это позволяет производить недорогие и крупносерийные датчики Холла. Таким образом, датчики Холла обычно относятся к типу поверхностного монтажа и могут быть установлены на печатной плате (печатной плате).

Характеристики датчиков Холла 

Основные характеристики датчиков Холла можно описать следующим образом.

Передаточная функция : передаточная функция датчика Холла описывает соотношение его входа и выхода, характеризующееся чувствительностью, нулевым смещением и диапазоном.

Чувствительность определяется как изменение выходных данных в результате заданного изменения входных данных. Нулевое смещение — это выходной сигнал датчика без возбуждения магнитного поля. Диапазон определяет выходной диапазон датчика. Размах — это разница в выходных напряжениях, когда вход изменяется от крайнего отрицательного до крайнего положительного значения.

Рисунок 1

На рисунке 1 показаны характеристики типичного аналогового датчика Холла при трех различных напряжениях питания — 5, 8 и 10 В соответственно. Его передаточная функция может быть выражена соотношением между входным магнитным полем (в Гауссах, Гс) и выходным напряжением (в В) как + 0,5 В _с

Обратите внимание, что это уравнение справедливо только в том случае, если плотность потока B в сердечнике не достигла уровня насыщения, то есть −640 (Гаусс) < B < +640 (Гаусс). Коэффициент В, 6,25×10 ⁻⁴ В _с , в уравнении выражает чувствительность датчика и представляет собой наклон каждой характеристической кривой (в данном случае прямой линии) на рисунке 1. Второй член уравнения 5.6, 0,5 В _s — нулевое смещение, которое представляет собой выходное напряжение при 0 G при заданном напряжении питания.

Чувствительность (или усиление): Чувствительность датчика Холла можно охарактеризовать двумя способами

1. Вольт на единицу магнитного поля, на единицу тока смещения: В/(В × I), В ⋅ Тл ⁻¹ ⋅ A ⁻¹
2. Вольт на единицу магнитного поля, на единицу напряжения смещения: В/(B × V), В ⋅ T ⁻¹ ⋅ В ⁻¹

Чувствительность датчика Холла незначительно зависит от температуры. Многие производители датчиков предоставляют кривые зависимости чувствительности от температуры в своих спецификациях, чтобы показать стабильность их продуктов при изменении температуры. Электроника формирования сигнала может быть встроена в датчики Холла для компенсации влияния температуры.

Омическое смещение : Омическое смещение — это небольшое напряжение на выходе датчика даже в отсутствие магнитного поля. Это смещение появляется почти во всех датчиках Холла. Это ограничивает способность датчика различать небольшое стационарное магнитное поле.

Омические смещения могут быть вызваны многими факторами, в том числе ошибкой выравнивания контактов датчика, неоднородностями или напряжениями в чувствительном материале. Омическое смещение может быть выражено выходным напряжением для заданных условий смещения или в единицах измерения магнитного поля. Например, датчик A имеет смещение 500 мкВ, а датчик B имеет смещение 200 мкВ.

Нелинейность: Как и многие другие датчики, датчики Холла не обладают идеальной линейностью в своих рабочих диапазонах. Обычно они демонстрируют нелинейность от 0,5% до 1,5% в своем рабочем диапазоне.

Входное и выходное сопротивление и их температурный коэффициент: Входное сопротивление датчиков Холла влияет на конструкцию схемы смещения, а выходное сопротивление влияет на конструкцию схемы усилителя, используемой для определения напряжения Холла (см. рис. 2).

Рисунок 2. Простая система датчика Холла.

Температурные коэффициенты входного и выходного сопротивлений датчиков Холла должны быть равны или очень близки друг к другу, так как их различие будет влиять на точность измерения.

Шум: Датчики Холла также создают электрические помехи на своих выходах, в основном шум Джонсона и иногда мерцающий шум (шум 1/f).

Шум Джонсона возникает во всех проводящих материалах из-за случайного и термически индуцированного движения электронов через проводник (также называемого тепловым шумом). 1/f или мерцающий шум более значителен при обнаружении низкочастотных сигналов постоянного или близкого к постоянному току. Это зависит от используемого чувствительного материала и процессов изготовления.

Шум Джонсона ограничивает слабый сигнал датчика, который может быть извлечен из его выходного сигнала. Его можно свести к минимуму, выбрав датчик с низким импедансом.

При использовании датчиков Холла учитывайте следующее:

• Использование привода напряжения вместо привода тока может снизить влияние температуры на выходное напряжение Холла V _H .
• Смещение постоянного напряжения имеет большее отношение сигнала к смещению, чем смещение постоянного тока.
• Двойные или счетверенные элементы Холла обеспечивают более высокую магнитную чувствительность и меньшие смещения.
• Напряжение Холла В _H очень мало, поэтому используйте большое усиление для датчиков Холла. Смещение постоянного тока усилителя часто ограничивает полезность V _H
• Использование витых или экранированных кабелей может ослабить влияние статических и динамических электрических и магнитных полей.
• Полоса пропускания датчика Холла ограничена потерями в магнитном сердечнике и повышением температуры, вызванным вихревыми токами.
• Датчики Холла должны быть правильно ориентированы.

Типы датчиков Холла

Датчики Холла имеют множество конфигураций: вертикальные, цилиндрические, многоосевые, двойные или счетверенные. Традиционные элементы Холла построены в плоскости поверхности чипа, как показано на рисунке 3.

РИСУНОК 3. Традиционный элемент Холла построен в плоскости поверхности чипа.

В этой ситуации элемент Холла чувствителен только к магнитному полю, перпендикулярному поверхности чипа. Контакты для входного тока и выходного напряжения Холла находятся на разных сторонах.

РИСУНОК 4. Вертикальный датчик Холла

Вертикальные конфигурации: Вертикальный датчик Холла (VHS), как показано на рисунке 4, реагирует на магнитное поле, параллельное плоскости микросхемы, и позволяет разместить все электрические контакты на верхней поверхности микросхемы так, чтобы могут быть легко изготовлены с использованием процессов изготовления микроэлектроники. Напряжение Холла измеряется между контактами. Эта конфигурация значительно улучшает как чувствительность (примерно в 10 раз выше, чем у обычных приборов Холла), так и V _H (примерно в 20 раз больше, чем у стандартных датчиков Холла).

РИСУНОК 5. Три конфигурации VHS: (a) 1D VHS; (б) 2D VHS; (c) VHS с тремя ответвлениями.

На рис. 5 показаны три конфигурации VHS для различных приложений.

(a) — базовый одномерный (1D) VHS;

(b) состоит из двух VHS, уложенных крестообразно, для измерения магнитных полей в обоих направлениях x и y (2D); и

(c) — VHS с тремя ветвями для управления трехфазным бесщеточным микродвигателем.

Цилиндрические конфигурации : Если измеряемое магнитное поле имеет круговую геометрию, например, вокруг провода с током, цилиндрическая конфигурация является лучшим решением.

РИСУНОК 6 (а) Цилиндрический датчик Холла; б) применение цилиндрического датчика для измерения кругового магнитного поля.

На рис. 6(a) показан цилиндрический датчик Холла (CHS), изготовленный конформной деформацией вертикального устройства Холла. Он может измерять круговое магнитное поле вокруг провода с током или вокруг воздушного зазора двух концентраторов потока ЧМ, как показано на рисунке 6(b).

Благодаря встроенным концентраторам магнитного потока чувствительность этого цилиндрического датчика Холла может достигать 2000 В ⋅ A ⁻¹ ⋅ T ⁻¹ . Его разрешение составляет 70 нТл.

РИСУНОК 7

На рис. 7 показан магнитный датчик углового положения и принцип его работы. Он содержит шесть высокочувствительных КТС, установленных на керамической подложке. Цилиндрический прибор Холла, оснащенный концентраторами поля ЧМ, очень чувствителен. Однако его чувствительность снижается, когда значение поля достигает значения насыщения материала концентратора (например, 20 мТл). Недостаток КГС — его нелинейность.

Многоосевые конфигурации : Многоосевой (2D или 3D) датчик Холла используется для одновременного измерения более чем одного компонента магнитного поля. Такой датчик может быть получен путем объединения двух или трех взаимно ортогональных вертикальных устройств Холла.

Датчики Холла, содержащие два или четыре элемента Холла в одном корпусе, называются соответственно двойными или счетверенными датчиками Холла. Такое расположение делает датчики Холла более стабильными и предсказуемыми, чем использование нескольких отдельных датчиков Холла.

Также сводит к минимуму влияние механических или термических нагрузок на выход. Кроме того, его работа от сети к сети во всем диапазоне напряжений обеспечивает более удобный сигнал с более высокой точностью.

Применение датчиков Холла 

Датчики Холла широко используются в автомобилях, системах безопасности, бесколлекторных двигателях постоянного тока, управлении заслонками, различных контрольно-измерительных приборах или любых приложениях, связанных с измерением электрического тока или магнитного поля. Высококачественные датчики Холла могут быть сконструированы с минимальными затратами с использованием стандартных процессов ИС, используемых в микроэлектронной промышленности, и могут интегрировать вспомогательные схемы обработки сигналов на том же кремниевом кристалле. Ниже приведены некоторые примеры применения датчиков Холла.

Датчик тока Холла : Датчики Холла измеряют ток по напряженности магнитного поля, создаваемого протекающим током. Больший ток создает более сильное магнитное поле. Таким образом, выходное напряжение датчика Холла прямо пропорционально току. Датчики Холла могут измерять как переменный, так и постоянный ток, а также импульсные сигналы (например, ШИМ — сигналы с широтно-импульсной модуляцией).

РИСУНОК 8

На рис. 8 показан датчик тока Холла. С-образный сердечник из магнитомягкого материала размещается вокруг проводника для концентрации поля. Датчик Холла, помещенный в небольшой воздушный зазор, выдает напряжение, пропорциональное току в проводнике.

Датчики тока Холла, как правило, предназначены для поверхностного монтажа и могут быть установлены на печатной плате для измерения тока в дорожках. Преимущество датчиков Холла заключается в сохранении гальванической развязки между датчиком и измерительными цепями и измерении тока без разрыва цепи.

РИСУНОК 9 Расходомер с двумя датчиками Холла.

Расходомер: Датчики Холла также можно использовать для измерения расхода (см. рис. 9). Два датчика Холла измеряют скорость вращения металлического ротора, связанную с расходом жидкости, проходящей через трубу. Ротор модифицирован и имеет четыре углубления, поверхности которых обладают магнитными свойствами. Два датчика Холла улавливают изменения магнитного поля, вызванные вращением ротора, и сигналы преобразуются в скорость потока.

Управление двигателем: Датчики Холла широко используются в управлении бесщеточными двигателями постоянного тока благодаря их следующим характеристикам:

• Быстрое время отклика (<5 мкс)
• Возможность обнаружения высокой скорости (теоретически может обнаруживать максимум 16 × 10 ⁵ об/мин)
• Определение перегрузки по току и обнаружение остановки шагового двигателя
• Поддержка регулирования с обратной связью два или более дискретных датчика Холла или один многоосевой датчик Холла.

  Для управления двухфазным бесщеточным двигателем можно использовать два отдельных датчика Холла, расположенных на расстоянии 90 ^o друг от друга (или один двухосевой датчик Холла) на конце бесщеточного двигателя постоянного тока, и магнит, прикрепленный к концу вала двигателя. Преимущество использования 2-осевого датчика Холла вместо двух дискретных датчиков Холла заключается в устранении физических допусков при монтаже дискретных датчиков Холла.

  Спасибо, что прочитали о «принципе работы датчика Холла».

  Применение датчиков Холла в автомобильной промышленности

  Датчики Холла обычно используются для измерения силы магнитного поля и силы тока . Их приложения включают бесконтактное определение для линейных

  перемещений , углового позиционирования , скорости, скорости вращения и направления, с преимуществом долговременной работы с низким износом. Датчики Холла в автомобильных приложениях с их многочисленными функциями обнаружения движения и позиционирования в последние годы можно широко использовать. Они также стали третьим наиболее распространенным сенсорным продуктом в транспортных средствах.

  Реальное применение датчиков в автобусах. В целях обеспечения безопасности пассажиров водителю не нужно находиться рядом с дверями, чтобы убедиться, что они надежно закрыты. Вместо этого датчики на эффекте Холла могут контролировать это по наличию магнитного поля и изменениям уровней напряжения между дверями и дверными коробками.

  Рисунок 1: Датчики Холла используются для обеспечения безопасного закрытия дверей автобусов

  Помимо автобусов, датчики Холла в автомобилях также доказали свою пригодность для устойчивой мобильности, в том числе в гибридных (ГЭМ) и электромобилях (ЭМ). Например, они помогают в переходе от механических методов приведения в действие и синхронизации к системам с электрическим приводом в автомобилях. В связи с растущим в последние годы спросом на устойчивую мобильность ожидается, что к 2026 году рынок HEV и EV вырастет на 64 миллиарда долларов9.0003

  В этой статье мы представим обзор применения датчиков Холла в автомобильной промышленности.

  Что такое эффект Холла?

  Названный в честь Эдвина Холла (7 ноября 1855 — 20 ноября 1938), американский физик открыл эффект Холла в 1879 году, когда работал над докторской диссертацией. Во время его экспериментов тонкий золотой лист (элемент Холла) помещали на стеклянную пластину, и золото снималось в различных точках тонкого листа проводящего материала. Он обнаружил, что существует разность потенциалов (напряжение Холла) на противоположных сторонах листа, где протекал электрический ток, в результате магнитного поля, перпендикулярного золотому листу.

  На чем основан датчик Холла?

  Когда электрический ток протекает через полупроводниковый материал, электроны внутри него будут двигаться по естественной прямой линии. Однако, если на проводник действует магнитное поле, сила Лоренца, действующая по правилу правой руки (см. рис. 2), заставляет движение электронов изменить свое направление. Сила Лоренца заставляет электроны двигаться в одну сторону проводника, в результате чего в проводнике возникает разность потенциалов, называемая напряжением Холла U _Н .

  Рисунок 2: Принцип работы датчика Холла

  Напряжение Холла можно описать следующим уравнением:

  I _e представляет ток питания в элементе Холла, а B обозначает плотность магнитного потока, d для толщины образца и A _H для так называемой постоянной Холла.

  Напряжение Холла U _H  прямо пропорционально входному току I _e  и напряженности магнитного поля B. Датчики Холла используют этот факт для измерения широкого спектра параметров, таких как сила тока, скорость или положение.

  Какие существуют типы датчиков Холла?

  Существует два основных типа датчиков Холла: аналоговые и цифровые.

  Рисунок 3: Классификация датчиков Холла
  Аналоговые датчики

  В аналоговых датчиках, также известных как линейные датчики Холла, напряжение напрямую зависит от силы магнитного поля. Таким образом, чем выше напряженность магнитного поля, тем выше выходное напряжение с датчика.

  Существует два типа аналоговых датчиков: линейные интегральные схемы (линейные ИС) и элементы на эффекте Холла.

  Линейные ИС

  Линейные ИС состоят из регулятора напряжения, полупроводникового элемента Холла и усилителя с высоким коэффициентом усиления. У них нет триггера Шмидта или переключателя выходного транзистора, поэтому напряжение берется напрямую с операционного усилителя. Использование постоянного магнита или электромагнита может генерировать выходное напряжение. Выходное напряжение датчика ограничено напряжением питания, что может привести к напряжению насыщения при достижении пика.

  Элементы на эффекте Холла

  
  

  Элементы на эффекте Холла применяются для получения выходного напряжения путем обнаружения магнитного поля. Температурные характеристики и чувствительность выходного напряжения зависят от типа материала полупроводниковой пленки, используемого в элементах Холла. Элементы типа арсенида галлия (GaAs) обеспечивают стабильные температурные характеристики, а элементы типа антимонида индия (InSb) обеспечивают сверхчувствительность.

  Благодаря непрерывному линейному выходному сигналу они полезны при измерении расстояний и вращательных перемещений. Мало того, что они могут распознавать состояния «включено» и «выключено», они также могут производить аналоговый сигнал, пропорциональный силе магнитного поля. Аналого-цифровой преобразователь, который может быть встроен в датчик, может преобразовывать аналоговые сигналы в цифровые.

  Цифровые датчики

  Цифровые датчики имеют два выходных состояния: «включено» и «выключено». Они включаются, если обнаруживают наличие магнитного поля (состояние разомкнутой цепи), и будут «выключаться», когда магнитная сила не обнаруживается (состояние замкнутой цепи).

  В дополнение к регулятору напряжения, элементу Холла и усилителю с высоким коэффициентом усиления цифровые датчики имеют триггер Шмитта. Триггер обеспечивает гистерезис и уменьшает колебания выходных сигналов при перемещении датчиков вокруг магнитного поля. Когда датчики соприкасаются с магнитом, внешнее магнитное поле, а также выходной сигнал цифрового датчика Холла увеличиваются до тех пор, пока не достигают предела мощности.

  Существует два типа цифровых датчиков: униполярные и биполярные.

  Униполярный цифровой датчик Холла

  Униполярный тип цифрового датчика Холла срабатывает при появлении магнитного поля одной полярности. Таким образом, если используется магнит противоположной полярности по отношению к датчику, устройство вообще не будет обнаруживать его. И для работы и запуска устройства требуется только магнитный южный полюс.

  Биполярный цифровой датчик Холла

  
  

  Биполярный тип цифрового датчика Холла активируется, когда электромагнит создает определенный полюс, и деактивируется, когда применяется противоположная полярность. В отличие от униполярного типа, биполярные датчики Холла требуют, чтобы южный магнитный полюс приводил их в действие, а северный магнитный полюс — для их отключения.

  Узнав о принципах работы датчиков Холла, давайте взглянем на некоторые из их распространенных применений в современной автомобильной промышленности!

  Каково применение датчиков Холла в автомобилях?

  Датчики Холла имеют большое значение в автомобилях с бензиновым/дизельным двигателем, гибридных или электрических автомобилях. Они обеспечивают важные механизмы безопасности, предотвращая электростатический разряд от опасностей воспламенения от искры, обратной полярности автомобильных аккумуляторов и тепловой перегрузки двигателя, а также обнаруживают неисправности путем отслеживания условий перегрузки по току и срабатывания цепей защиты.

  Кроме того, они используют сложную силовую электронную схему для регулирования потока электроэнергии по всему транспортному средству. Это важно для HEV и EV, поскольку для обеспечения эффективной работы различным системам требуются датчики электрического тока, включая приложения с двигателями переменного тока и преобразователями постоянного тока в постоянный. Таким образом, применение датчиков Холла может улучшить работу двигателя за счет обеспечения полосы пропускания, времени отклика, снижения шума и стабильного электрического сигнала в различных режимах работы двигателя.

  Датчики на эффекте Холла также способствовали переходу от механических методов приведения в действие и синхронизации к системам с электрическим приводом. Например, в традиционных двигателях внутреннего сгорания ремень вентилятора используется для управления вентилятором охлаждения, работающим непрерывно при работающем двигателе, а также насосами гидроусилителя руля и другими нагрузками с ременным приводом. Заменив приводы с ременным приводом электродвигателями, можно добиться лучшего управления приводами и энергоэффективности.

  Датчики Холла выполняют широкий спектр функций. Некоторые распространенные датчики включают:

  • Датчик парковки: Они обнаруживают препятствия и измеряют расстояние между объектами и автомобилем во время парковки, тем самым своевременно предупреждая водителя.
  • Датчик частоты вращения двигателя: Они обеспечивают входные данные для органов управления автомобилем и измеряют частоту вращения двигателя путем обнаружения катушек в коленчатых валах.
  • Датчик скорости колеса: Эти датчики отслеживают скорость каждого колеса, когда автомобиль выполняет повороты. Антиблокировочная тормозная система также использует этот датчик.
  • Датчик положения коленчатого вала: Помогают рассчитать точное время подачи топлива или начала зажигания для современных автомобильных двигателей, чтобы гарантировать высокую скорость, высокую мощность при низком расходе топлива и низком уровне выбросов.
  • Датчик положения клапана системы рециркуляции отработавших газов: Датчики помогают регулировать количество отработавших газов, поступающих в цилиндры и выходящих из автомобиля.
  • Выключатель замка ремня безопасности: Помогают определить, занято ли сиденье.
  • Датчик управления подушкой безопасности: Эти датчики определяют положение автомобильного сиденья для правильного срабатывания защиты подушки безопасности.
  • Датчик уровня жидкости стеклоочистителя: Измеряют уровень жидкости в бачке. Таким образом, сигнальная лампа предупредит водителя о низком уровне.
  • Датчик управления аккумуляторной батареей : Датчики контролируют расход/силу тока во время зарядки электромобилей, а также состояние аккумуляторной батареи в рамках системы управления аккумуляторной батареей.
  Каковы преимущества использования датчиков Холла в автомобилях?

  По сравнению с другими датчиками, такими как датчики переменного магнитного сопротивления, автомобильные датчики Холла имеют следующие преимущества:

  • Это компактные устройства , установка которых проста в различных местах автомобиля.
  • Благодаря своим бесконтактным сенсорным функциям датчики Холла подвержены низкому износу . Например, вращающийся датчик Холла, используемый в двигателе внутреннего сгорания, не будет подвергаться механическому износу или изменению значений сопротивления.
  • Они могут обеспечивать стабильную работу при температуре окружающей среды около 150°C и могут выдерживать высокую температуру вокруг двигателя.
  • Имеют низкий риск возгорания при установке в автомобиле, даже при контакте с прерывателем системы зажигания.
  • Эффективно функционируют в различных условиях окружающей среды, устойчивый к вибрации, влаге и пыли .
  • По сравнению с традиционными датчиками датчики на эффекте Холла имеют малую площадь основания и могут облегчить измерение тока на стороне высокого и низкого уровня, уменьшая пространство, необходимое для печатной платы .
  • Благодаря интеграции электроники обработки сигналов и преобразователя датчики скорости на эффекте Холла имеют низкую восприимчивость к электромагнитным помехам .
  • По сравнению с датчиками скорости с переменным магнитным сопротивлением, датчики скорости на эффекте Холла могут лучше обнаруживать неподвижные препятствия , а также цели, движущиеся с низкой скоростью.
  Каковы ограничения использования датчиков Холла в автомобилях?

  Как и в случае любой другой технологии, применение датчиков Холла в автомобилях имеет определенные ограничения. Вот некоторые из них:

  • По сравнению с обычным электромагнитным датчиком датчик Холла имеет дороже в целом.
  • Датчики обычно обнаруживают расстояние не более 10 см, если они не оснащены очень сильным магнитом для создания широкого магнитного поля.
  • Несмотря на низкую восприимчивость, помехи от двигателя тем не менее могут повлиять на работу датчика и измерение тока.
  • Высокая температура в выхлопной системе может повлиять на сопротивление проводника и, следовательно, на чувствительность датчиков.
  Заключение

  Благодаря своим функциям обнаружения движения и позиционирования датчики Холла зарекомендовали себя как важные компоненты автомобилей. Применение датчиков Холла в автомобильной промышленности, особенно в устойчивой мобильности, продемонстрировало их хорошие характеристики и высокую надежность даже в суровых условиях окружающей среды, несмотря на некоторые ограничения.

  ChenYang Technologies предлагает широкий ассортимент различных датчиков Холла для различных областей применения. Основываясь на требованиях, ChenYang Technologies предоставляет клиентам наилучшее решение для их приложений. Мы можем предоставить даже продукцию на заказ с особыми требованиями.

  Посетите веб-сайт нашей компании http://www.chenyang-gmbh.com для получения дополнительной информации.

  Узнайте больше о принципах действия датчиков тока на эффекте Холла.

  Узнайте больше о датчиках и системах управления батареями в электромобилях.

  Литература:

  AG, I. T. (без даты). Магнитные датчики положения . Инфинеон Технологии. Получено 1 августа 2022 г. с https://www.infineon.com/cms/en/product/sensor/ Magnetic-sensors/ Magnetic-position-sensors/ 9.0003

  АКМ. (н.д.). Типы и принципы работы элементов зала . АКМ. Получено 1 августа 2022 г. с https://www.akm.com/eu/en/products/hall-sensor/tutorial/hall-elements/#:~:text=A%20Hall%20element%20is%20an и %204%20in%20Рисунок%201a

  Allegro MicroSystems. (н.д.). Измерение тока на эффекте Холла в электрических и гибридных транспортных средствах. Получено 1 августа 2022 г. с https://www.allegromicro.com/en/Insights-and-Innovations/Technical-Documents/Hall-Effect-Sensor-IC-Publications/Hall-Effect-Current-Sensing-In-Electric. -И-Гибридные-Транспортные средства

  АЗОСЕНСОРЫ. (2019, 4 сентября). Знакомство с датчиками Холла . Получено 1 августа 2022 г. с https://www.azosensors.com/article.aspx?ArticleID=16

  Эмилио, доктор медицины (3 июня 2020 г.). Устройство Холла для критического автомобильного зондирования . Новости силовой электроники. Получено 1 августа 2022 г. с https://www.powerelectronicsnews.com/hall-sensor-for-critical-automotive-sensing/

  Фальченко, А., Аноним, и Хоа, Н. Д. (2022, 19 января). Датчик Холла: Принцип работы, виды, применение, как проверить . АвтоТачки. Получено 1 августа 2022 г. с https://avtotachki.com/en/chto-takoe-bekontaktnaya-sistema-zazhiganiya-avtomobilya/

  Петрук О., Шевчик Р., Чук Т., Струпинский В. , Салах Дж., Новицкий М., Пастернак И., Винярски В. и Тшинка К. (2014). Тестирование чувствительности и напряжения смещения в датчиках Холла из графена. Последние достижения в области автоматизации, робототехники и измерительных технологий , 631–640. https://doi.org/10.