Где находится датчик холла на Оке и других автомобилях

Где расположен ДХ

Любой автомобиль современного типа нуждается в датчиках и приборах-регуляторах, отображающих информацию о реальном состоянии машины. Датчик холла – обязательный элемент трамблера и всей системы зажигания.

Находится датчик холла внутри распределителя зажигания. Увидеть его можно только, разобрав трамблер и сняв крышку, бегунок, другие механизмы. С внешней стороны распрделителя к датчику холла подсоединяется колодка с проводами.

Что такое ДХ

Датчик холла (ДХ), по сути, является прибором, изменяющим токовый импульс на выходе взаимосвязанно с переменами, происходящими в магнитном поле. Дефект элемента приводит к остановке двигателя, затруднениям в его функционировании.

Проверка ДХ

В системе питания ДХ – реорганизатор аналогового типа, коммутирующий энергию.

Функционирует датчик совокупно с центральным контактом и постоянным магнитом, действующим на проводящим ток кристалле.

Примечательно, что на некоторых авто ДХ эксплуатируются взаимосвязанно со схемой, позволяющей работать в режиме «цифры». Например, на Ауди, Фольксваген, БМВ и других современных авто датчики холла называются распределителями, так как функция трамблера возложена на них.

Преимуществ использования датчиков холла довольно много. Это и увеличение производительности ДВС, и повышение безопасности машины на дороге, и разработка тахометра со спидометров, и многое другое.

Можно сказать, что датчик холла отвечает непосредственно за слежение. Например, это может быть контроль за вращением передаточных колес или валов, что априори обеспечивает быстрый завод двигателя.

Датчик старого и нового исполнения

Полезно будет знать, из чего состоит датчик холла. Это даст возможность точнее понять, как работает ДХ.

Помимо автомобильных систем ДХ применяется очень широко и в других сферах. Например, если закрыть крышку современного Айпада, то экран автоматически потухает. Почему так происходит, и при чем здесь ДХ? Оказывается, и здесь, прямо на материнской плате бывает установлен ДХ, а на крышке вмонтирован магнит, который со своим магнитным полем воздействует на датчик, автоматический отключающий экран.

Примерно то же самое происходит и в мобильных телефонах, таких как слайдер или раскладушка. Крышка слайдера при закрывании задействует датчик.

ДХ хороши тем, что при соблюдении нормальных рабочих значений напряжения, их хватает на бесконечное количество раз. Безусловно, это чисто теоретически. Просто дело в том, что в ДХ нет каких-либо механических или электро-механических контактов, могущих изнашиваться.

Проверка

Если наблюдаются какие-то проблемы в системе зажигания авто, то частенько под сомнение падает ДХ. Для его проверки существует масса способов, и не обязательно разбирать трамблер. Например, если воспользоваться самодельным штекером с проводами, имитирующим работу датчика, можно проверить его функциональность.

Разъемная колодка штекер датчика холла

Вот, как проводится диагностика работы ДХ с помощью устройства-иммитатора.

• Выводы прибора подключаются к АКБ (батарее).
• Штекер прибора соединяется вместо колодки, идущей на ДХ.
• Берется металлическая планка с просверленными отверстиями, в одну из которых вдевается свеча зажигания с бронепроводом от катушки (планка обязательно соединяется с массой – любой удобной частью автокузова).

С помощью такого способа исключается высоковольтная подача тока в распределитель зажигания. Напряжение подается прямо на свечу.

Внимание. В ходе выполнения этих манипуляционных проверок следует отключить зажигание автомобиля. После того, как все соединено правильно, ключ в замке можно повернуть (включить зажигание).

• Зажигание включается.
• Нажимается кнопка на самодельном приборе.
• Проверяется, работает ли остальная часть системы зажигания (появляется ли искра на свече зажигания).

Таким образом, методом исключения датчика холла, можно удостовериться в том, что система работает. Априори это доказывает, что ДХ неисправен.

Мультиметр и проверка датчика холла

Добраться до ДХ с целью заменить его, надо так.

• Снять крышку распределителя зажигания, отстегнув защелки с обеих сторон (на некоторых моделях распределителей крышка крепится винтами, как на Оке, например).
• Отвинтить винтик, фиксирующий колпачок, под которым находится магнит.

На некоторых трамблерах после крышки находится бегунок, а уже потом колпачок. Ротор (бегунок) снимается легко, достаточно потянуть его вверх.

• Затем нужно будет отвинтить крепления платы.

Разновидность датчика холла

На различных моделях трамблеров конструкция их может отличаться.

• Дальше снимаются оставшиеся механизмы, под которыми и находится непосредственно сам датчик холла.

Не заводится Ока: проблема с датчиком

Как и было написано выше, проблема с ДХ отрицательно сказывается на работе двигателя. На примере автомобиля Ока, рассмотрим подробно, как это происходит, и как заменяется ДХ.

Трамблер автомобиля ОКА

0,75 мм – стандартный зазор свечей автомобиля Ока, так как система зажигания аналогична 2108 (хотя, трамблер устанавливается чисто «оковский»). Почему это важно знать? Дело в том, что перед тем, как проверять ДХ, важно продиагностировать функциональность свечей зажигания, нормальную работу АКБ и т. д. Ведь система зажигания состоит не только из ДХ – это важно понимать, и действовать правильно.

Если после проверки всего необходимого компонента обязательных элементов системы зажигания, искра на свечи не идет, это уже явно проблемы с ДХ.

Покупается новый датчик холла. Вдевается концом в колодку. В другой конец (в прорезь) при включенном зажигании вставляется что-нибудь острое (например, острие ножа). Если на свечах появляется искра, значит, старый ДХ точно негоден, ведь новый элемент искру подает.

Важно. При снятии трамблера с Оки, 2108, «девятки» и других схожих автомоделей, обязательно стекает масло. Чтобы смазка не попала на сцепление и другие важные ходовые элементы автомобиля, под трамблер ставится тряпка.

Замена ДХ на Оке проводится следующим образом.

• Демонтируется распределитель зажигания (трамблер) со шплинтов.
• Очищается от грязи (на Оке он после длительной эксплуатации загрязнется на полную катушку).

Грязь с трамблера легко счищается ножом.

Для удобства разбора снятый трамблер желательно поставить в тиски.

• Выворачиваются винты крышки, она снимается.
• Расслабляются боковые винтики.
• Пинцетом, очень аккуратно снимается скоба-шплинт внутри, что позволит демонтировать разъем (куда вдевается проводка).

Шплинт скоба — ценный и труднонаходимый элемент трамблера

Разъем можно снять, выкрутив вот этот болтик.

Винт колодки

• Теперь нужно ослабить винты подшипниковой системы, на которую ДХ крепится изнутри.
• Подшипниковая система вынимается вверх.
• ДХ видим, как только поворачиваем вынутый элемент на 180 градусов.

Датчик холла на подшипниковой системе

Остается вывернуть болты, фиксирующие конец ДХ изнутри, чтобы снять датчик полностью.

Новый ДХ ставится на место прежнего. Все собирается обратно, аналогично процессу снятия.

Если распределитель на вашем автомобиле старой системы, то его вполне успешно можно переделать под датчик холла. Процедура является довольно распространенной, и совсем несложной.

Датчик холла ВАЗ 2110 — фото, описание на VAZ-2110.net

датчика Холла на ВАЗ 2108, 2109, 21099.

Снятие и разборка датчика-распределителя зажигания.

Датчик Холла ВАЗ 2108-2110 Aurora.

что совершенно не информативно расписано чем заменить датчик распредвала, у…

Форум сообщества «ВАЗ: Ремонт и Доработка» на DRIVE2.

датчик дмрв ваз 2112 цена. опель стс.

Фото (датчик скорости ваз 2110) .

датчик Холла — часть двигателя.

Тестирование датчика холла ВАЗ 2110.

25. Для замены датчика Холла отверните два винта крепления и снимите его с …

6. Отверните два винта крепления опорной пластины датчика Холла.

Датчик холла ваз 2108 фото.

Снятие и разборка датчика-распределителя зажигания.

7.7.4. Проверка датчика Холла.

Снимаем держатель переднего подшипника с датчиком Холла.

капитальный ремонт головки блока. как правильно установить противотуманные …

Датчик Холла Ваз 2109.

Датчик холла (2108/2109/21099/2113/2114/2115/2110/2111/2112) — 21080-370680…

Суть приборчика — проверка катушки, замка зажигания и датчика Холла на рабо…

Как проверить и заменить датчик Холла на ВАЗ 2106: советы, фото и видео

Датчик Холла является одним из основных элементов бесконтактной системы зажигания двигателя ВАЗ 2106. И это устройство, как и все остальные в отечественных авто, имеет свойство периодически ломаться. Поэтому мы расскажем вам о том, как понять что сломался датчик Холла ВАЗ 2106, как его проверить и как происходит замена устройства.

Содержание

[ Раскрыть]

[ Скрыть]

Распознаем проблему

Тюнингованный автомобиль ВАЗ 2106

Проблемы в функционировании датчика Холла на автомобиле ВАз 2106 могут проявляться по-разному. Иногда даже опытный специалист не сможет обнаружить поломку. Поэтому мы рассмотрим основные симптомы, которые могут свидетельствовать о неисправности данного элемента:

• двигатель стал плохо заводиться или вовсе не заводится;
• машина плохо работает на нейтральной скорости: периодически могут проявляться рывки, автомобиль глохнет;
• в случае, когда машина набирает обороты, двигатель может подергаться и заглохнуть;
• мотор периодически глохнет во время езды.

Если один из этих симптомов характерен для вашего авто, то это, разумеется, может свидетельствовать и о других неисправностях. Однако, в первую очередь необходимо проверить именно датчик Холла ВАЗ 2106.

 Загрузка …

Как проверить?

Есть несколько методов, которые помогут определить работоспособность датчика Холла на вашем авто. Рассмотрим эти способы подробнее:

1. Наиболее простым методом является диагностика работы двигателя ВАЗ 2106 с новым, заведомо рабочим датчиком Холла. Если таковой у вас имеется, то установите его на место старого и попробуйте эксплуатировать авто. В том случае, если проблема исчезла, то ответ очевиден.
2. Попробуйте проверить наличие искры в двигателе. Это делается при включении зажигания. Для этого необходимо демонтировать колодку, установленную на трамблере, которая называется распределителем. Теперь включите зажигание. После этого вам потребуется взять небольшой кусочек провода и соединить его концы с третьим и шестым выходами коммутатора. В том случае, если во время подключения провода появилась искра, то это означает, что датчик Холла ВАЗ 2106 вышел из строя и необходима его замена.
3. Также проверку работоспособности можно осуществить при помощи вольтметра. Вам необходимо подключить устройство к выходу датчика. Если механизм Холла рабочий, то вольтметр будет на него реагировать. При этом стрелка устройства будет колебаться от 0.4 В до 3 В.

Новый механизм для ВАЗ 2106

Процесс замены

Итак, если вы столкнулись с неполадками в работе механизма, то вам потребуется осуществить его замену. Это не так сложно. Что же для этого понадобится?

Готовим инструменты

Заранее подготовьте:

• ключ гаечный на «13»;
• отвертку;
• плоскогубцы;
• молоток.

Поэтапная замена

1. Для начала заглушите двигатель и откройте капот авто. От вакуумного корректора необходимо отключить подводящий патрубок.
2. После этого следует отщелкнуть крышечку распределителя зажигания и демонтировать ее.
3. Затем вам потребуется отсоединить разъем устройства, которое нужно заменить. Используя гаечный ключ на «13» далее нужно открутить гайку, которая крепит пластинку держателя.
4. Теперь демонтируйте распределитель.
5. Используя молоток, из распределителя зажигания следует выбить пружинный винт муфты.
6. Затем при помощи отвертку выкрутите саморезы, которые крепят вакуумный корректор. Корректор нужно вытащить. Так вы получаете доступ к датчику Холла вашего двигателя. Той же отверткой открутите винты, которые его крепят и демонтируйте механизм.
7. Замените устройство на новое. Всю последующую сборку следует осуществлять в обратном порядке. После замены совершите контрольную поездку чтобы быть уверенным в том, что устройство работает нормально.

В целом процедура не особо сложная, но, как и в любом другом деле, здесь есть свои нюансы. К примеру, выбивать пружинный винт муфты следует с силой, но осторожно. Деформация деталей впоследствии приведет к более печальным результатам.

Видео «Установка устройства своими силами»

Предлагаем вам узнать, как осуществляется замена механизма.

Была ли эта статья полезна?

Спасибо за Ваше мнение!

Статья была полезнаПожалуйста, поделитесь информацией с друзьями

Да (100.00%)

Нет

Датчик холла ВАЗ 2110 инжектор где находится

Что это такое и зачем нужен детонации датчик.

Демонтированный РХХ

Датчик холостого хода ваз 21099 фото.

ваз 2110 вентилятор охлаждения радиатора включается после 50 градусов.

Проверка датчика.

Датчик холла ваз 2109 принцип работы.

Глохнет ВАЗ 2109 на холостых оборотах.

Немного о диагностике и замене детонационного датчика.

На части распределителей зажигания датчик Холла крепится к опорной пластине…

холостого хода (рхх) ваз 2114: замена, ремонт.

Рулевые наконечники на ваз 2109 фото.

7.2.22. Снятие датчика положения дроссельной заслонки.

Comment on Снятие и замена дроссельного узла Ваз-2112.

Датчик холла ваз 2108 инжектор 1827287298.

Comment on Снятие и замена датчика положения дроссельной заслонки Ваз-2112….

Снятие и разборка датчика-распределителя зажигания.

11. Если при замене дроссельного патрубка на новом патрубке не установлены датчик…

Датчики положения дроссельной заслонки.

Датчик температуры зашкаливает на прохладном двигателе на ваз 2110.

Фото демонтажа датчика дроссельной заслонки Лады Калины, v-lada.ru.

Ваз 21102 датчик охлаждающей жидкости.

Датчик Холла | Электротехническая Компания Меандр

СНЯТО С ПРОИЗВОДСТВА АНАЛОГОВ НЕТ

ВИКО-Х-102-М8

 

• Диаметр корпуса 8мм

• Диапазон питающего напряжения DC5…24В

• Рабочая зона  0…10мм

• Высокая частота переключения 320кГц

• Выход NPN транзистор с открытым коллектором, нормально открыт

• Защита от переполюсовки питающего напряжения

• Большой ресурс срабатываний

• МАГНИТ В КОМПЛЕКТЕ 10Х4 мм

 

НАЗНАЧЕНИЕ ДАТЧИКА ХОЛЛА

 Бесконтактный датчик ВИКО-Х-102-М8 (далее датчик) предназначен для работы в составе устройств индикации оборотов валов с высокой скоростью вращения, объектов сложной формы из ферромагнитных материалов (зубчатых колёс), в качестве датчика скорости для двигателей с возбуждением на постоянных магнитах. Датчик может использоваться в качестве конечного выключателя в системах автоматических приводов.
 

РАБОТА ДАТЧИКА

 Принцип работы датчика основан на эффекте Холла — изменение характеристик чувствительного элемента при воздействии внешнего магнитного поля.
 При увеличении внешнего магнитного поля до некоторого значения, происходит срабатывание триггера и изменение коммутационного состояния выключателя. Дальнейшее увеличение магнитного поля не влияет на состояние выключателя. При уменьшении напряжённости магнитного поля происходит обратный процесс и выключатель возвращается в исходное состояние.
 При входе в чувствительную зону объекта из ферромагнитного материала, уменьшается напряжённость внешнего магнитного поля до некоторого значения, происходит срабатывание триггера и изменение состояния выхода датчика. Дальнейшее уменьшение  напряжённости магнитного поля не влияет на состояние выхода. При удалении объекта из чувствительной зоны, напряжённость магнитного поля возрастает и происходит обратный процесс – выключатель возвращается в исходное состояние.

 

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДАТЧИКА ХОЛЛА

Параметр	Ед.изм.	Значение
Тип исполнения по принципу действия		Эффект Холла
Напряжение питания	В	DC5…24
Напряженность магнитного поля	мТ	22
Номинальный ток нагрузки	мА	200
Падение напряжения на выходе (в открытом состоянии), не более	В	1,5
Ток потребления, не более	мА	8
Расстояние воздействия, Sn	мм	0…10
Максимальная частота переключения	кГц	320
Регулировка чувствительности		нет
Степень защиты датчика		IP67
Схема подключения		трёхпроводная
Способ подключения		кабель 3×0,2 мм2  — 2м
Температура окружающей среды	0C	-25…+70
Материал корпуса		Латунь (ХРОМ)
Масса, не более	кг	0,1

 

СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДАТЧИКА

 

ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ ДАТЧИКА

 

Серия ВИКО-Х	М	А	Б	В	Г	Д	Е
ВИКО-Х-102-М8	8х1	35	28	—	2,5	7	12

 

ТУ 4218-004-31928807-2014

Форум и обсуждения  —  здесь

 

Наименование	Заказной код (артикул)	Файл для скачивания (паспорт)	Дата файла
ВИКО-Х-102-М8	4640016932979		13.04.2015

 

Датчик Холла ДХ3

Обязательно актуализируйте цену и срок у менеджера

Сроки доставки:

10 — 20 дней

Производитель: 

Быстрый заказ

Датчик Холла ДХ3 предназначен для измерения:

• скорости.
• положения.
• положения диафрагмы в датчиках давления.
• магнитного поля постоянных магнитов.
• магнитного поля в датчиках тока.

Особенности

• Высокая чувствительность.
• Широкий температурный диапазон.
• Высокая линейность.
• Низкое начальное напряжение.
• Низкий температурный коэффициент чувствительности.
• Низкий температурный коэффициент сопротивления.
• Наличие миниатюрного бескорпусного исполнения.

Конструктивное исполнение

Датчики ДХ3 на основе элементов Холла являются первичными преобразователями магнитного поля, изготовленными на основе монокристаллических полупроводниковых соединений GaAs, InSb. Кристалл датчика размещен на немагнитной диэлектрической подложке. Имеется бескорпусное исполнение с гибкими проволочными выводами и защитным покрытием кристалла.

Датчики имеют 4 вывода. При пропускании тока возбуждения через элемент Холла, на потенциальных выводах возникает «Холловская» разность потенциалов, пропорциональная индукции магнитного поля, в которое помещен элемент Холла.

Чертежи и схемы

Проверка датчика Холла ауди с4.

Проверка датчика Холла ауди с4.

Подробности

Датчик Холла необходим для запуска двигателя, если этот датчик неисправен, то сколько не крути стартером, машина не заведется. Проверить датчик Холла удобнее на автомобиле, а не отдельно от него. Датчик Холла можно сравнить с фото реле, только вместо света здесь используется магнитное поле.

Рис 1 – Снятый датчик Холла.

Для проверки датчика вам необходимо обзавестись светодиодным тестером. Изготовить его можно следующим образом. Покупаем в магазине радиодеталей обычный светодиод и сопротивление 1 кОм. К ножке светодиода припаиваем сопротивление.

Рис 2 – Светодиодный индикатор.

Для удобства припаяем к светодиоду и сопротивлению провода, длина на ваше усмотрение. После нужно заизолировать открытые части, чтобы при проверке случайно не замкнуть.

Теперь идем в гараж и приступим к проверке.

Датчик Холла на ауди с4 2.6 находится в задней крышке распредвала, на левой головке по ходу движения автомобиля. Прежде чем приступить к проверке датчика, нам нужно удостовериться присутствует ли питание на нем. На датчик одет штекер, так вот у него мы закатываем резиновый чехол и видим клеммы, они там пронумерованы.

Рис 3 – Разъем на датчик Холла.

Включаем зажигание и встаем мультиметром на клеммы 1-3. Прибор должен показать не меньше 10 вольт.

Рис 4 – Напряжение на разъеме, подключаемом к датчику Холла.

Рис 5 – Проверяем питание датчика Холла.

Теперь берем наш светодиодный тестер и встаем на эти же клеммы. Если мы угадали полярность, то светодиод должен гореть. Если не угадали, то ничего страшного просто поменяйте концы местами.

Рис 6 – Подцепляем светодиодный индикатор.

Провод на клемме 1 оставляем, а с клеммы 3 пересаживаем на 2 клемму, проворачиваем распредвал. Это можно сделать, вручную или стартером. Если мы будим крутить двигатель стартером, то светодиод должен моргать, это говорит об исправности датчика Холла.

Если вы сняли датчик Холла, то в исправности его можно убедиться и следующим способом. На снятом датчике мы подцепляем штекер. Также встаем светодиодным индикатором на клеммы 1 – 2. Включаем зажигание. Светодиод у нас должен гореть.

Рис 7 – Светодиодный индикатор подключили на 1 и 2 клемму.

Если мы вставим что-нибудь, например нож между катушкой и магнитом, то светодиод у нас погаснет. Это также свидетельствует об исправности датчика, в ином случае датчик Холла не исправен.

Рис 8 – Тушим светодиод.

Выход из строя датчика Холла это не редкость на автомобиле Audi c4. Когда у вас внезапно перестал заводиться двигатель, первым делом нужно обратить внимание именно на этот датчик.

Если у вас возникли вопросы или имеются предложения по данной статье. Добро пожаловать на форум.

Как работают датчики на эффекте Холла

Как работают датчики на эффекте Холла — Объясните, что материал Рекламное объявление

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 13 августа 2020 г.

Измерить электричество очень просто — мы все знакомы с электрическими единицами, такими как вольт, ампер и ватт (и большинство из нас видели счетчики с подвижной катушкой в той или иной форме). Немного сложнее измерить магнетизм. Спросите больше всего люди, как измерить силу магнитного поля (невидимое область магнетизма, простирающаяся вокруг магнита) или единицы в какая напряженность поля измеряется (Вебер или тесла, в зависимости от того, как вы измеряете), и они не имеют ни малейшего понятия.

Но есть простой способ измерить магнетизм с помощью прибора. называется датчиком или зондом на эффекте Холла, который использует хитроумный элемент наука, открытая в 1879 году американским физиком Эдвин Х. Холл (1855–1938). Работа Холла была гениальной и на много лет опередила свое время — на 20 лет до открытия электрона — и никто не знал, что с ним делать, пока спустя десятилетия не стали лучше разбираться в полупроводниковых материалах, таких как кремний. В наши дни Эдвин Холл был бы в восторге найти датчики, названные в его честь, используются во всех виды интересных способов.Давайте посмотрим внимательнее!

Фото: Магнитное испытательное оборудование, используемое для изучения эффекта Холла. Фото любезно предоставлено Брукхейвенской национальной лабораторией и Министерством энергетики США (DOE).

Что такое эффект Холла?

Работая вместе, электричество и магнетизм могут заставить вещи двигаться: электродвигатели, громкоговорители и наушники — лишь некоторые из незаменимых современные гаджеты, которые так работают. Отправить колеблющийся электрический ток через катушку из медного провода и (хотя вы этого не видите происходит) вы создадите временное магнитное поле вокруг катушки тоже.Поместите катушку рядом с большим постоянным магнитом и временным магнитное поле, создаваемое катушкой, будет либо притягивать, либо отталкивать магнитное поле от постоянного магнита. Если катушка свободна двигаться, он будет двигаться — либо к постоянному магниту, либо от него. В электродвигатель, катушка настроена так, что может вращаться на месте и поверните колесо; в громкоговорителях и наушники, катушка приклеена на кусок бумага, пластик или ткань, которая движется вперед и назад, чтобы выкачать звук.

Фото: вы не видите магнитное поле, но можете измерить его с помощью эффекта Холла.фото любезно предоставлено Wikimedia Commons.

“ Если электрический ток в фиксированном проводе сам притягивается магнитом, ток должен отводиться на одну сторону провода … ”

Эдвин Холл , 1879

Что, если поместить кусок токоведущего провода в магнитное поле, а провод? не может двигаться? То, что мы называем электричеством, обычно представляет собой поток заряженные частицы через кристаллические (обычные, твердые) материалы (либо отрицательно заряженные электроны изнутри атомов, либо иногда положительно заряженные «дыры» — зазоры там, где должны находиться электроны).Вообще говоря, если подцепить пластину из проводящего материала к батарее, электроны будут проходить через пластину по прямой линии. Как движущиеся электрические заряды, они также будут производить магнитное поле. Если вы поместите плиту между полюса постоянного магнита, электроны отклонятся в изогнутый путь, когда они движутся через материал, потому что их собственная магнитное поле будет взаимодействовать с полем постоянного магнита. (Для справки, то, что заставляет их отклоняться, называется Сила Лоренца, но нам не нужно здесь вдаваться во все детали.) Это означает, что одна сторона материала будет видеть больше электронов, чем другой, так что разность потенциалов (напряжение) появится на материал под прямым углом к ​​магнитному полю от постоянный магнит и ток. Это то, что физики называют эффектом Холла. Чем больше магнитное поле, тем больше отклоняются электроны; чем больше ток, тем больше электронов нужно отклонить. В любом случае, чем больше разность потенциалов (известная как напряжение Холла) будет.В других словами, напряжение Холла пропорционально величине как электрического ток и магнитное поле. Все это имеет больше смысла в наша небольшая анимация ниже.

Как работает эффект Холла?

1. Когда электрический ток протекает через материал, электроны (показаны здесь голубыми пятнами) движутся через него практически по прямой линии.
2. Поместите материал в магнитное поле, и электроны внутри него тоже будут в этом поле. На них действует сила (сила Лоренца) и заставляет отклоняться от их прямолинейного пути.
3. Теперь, глядя сверху, электроны в этом примере будут изгибаться, как показано: с их точки зрения слева направо. Если на правой стороне материала (внизу на этом рисунке) больше электронов, чем на левой (вверху на этом снимке), между двумя сторонами будет разница в потенциале (напряжении), как показано зеленым линия со стрелками. Величина этого напряжения прямо пропорциональна величине электрического тока и напряженности магнитного поля.

Куда они идут?

Как определить, в каком направлении будут двигаться электроны? Вы можете определить направление силы Лоренца с помощью правила левой руки Флеминга (если вы сделаете поправку на обычный ток) или его правила правой руки (если вы этого не сделаете).

Иллюстрация: заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле, испытывают силу (сила Лоренца), которая меняет свое направление, вызывая эффект Холла. Вы можете использовать правило левой руки Флеминга (правило двигателя), чтобы определить направление силы, если вы помните, что правило применяется к обычному току (поток положительных зарядов), а поле течет с севера на юг. В этом примере, если у нас есть поток электронов на страницу, обычный ток вытекает из страницы (так что это направление, в котором должен указывать ваш второй палец).Если поле течет слева направо (указательный палец), наш большой палец говорит нам, что электроны будут двигаться вверх.

Использование эффекта Холла

Вы можете обнаруживать и измерять все виды вещей с помощью эффекта Холла, используя то, что известно. как датчик или зонд на эффекте Холла. Эти термины иногда используются взаимозаменяемо, но, строго говоря, относятся к разным вещам:

• Датчики на эффекте Холла простые, недорогие, электронные чипы, которые используются во всевозможных широко доступных гаджетах и ​​товарах.
• Зонды на эффекте Холла — более дорогие и сложные инструменты. в научных лабораториях для таких вещей, как измерение напряженности магнитного поля с очень высокой точностью.

Фото: 1) Типичный кремниевый датчик Холла. Это выглядит очень похоже на транзистор — что неудивительно, поскольку он сделан аналогичным образом. Автор фото: Expainthatstuff.com. 2) Зонд на эффекте Холла, использовавшийся НАСА в середине 1960-х годов. Фото любезно предоставлено Исследовательский центр НАСА Гленна (NASA-GRC).

Обычно изготавливается из полупроводников (таких материалов, как кремний и германий), эффект Холла датчики работают, измеряя напряжение Холла на двух сторонах когда вы помещаете их в магнитное поле. Некоторые датчики Холла упакованы в удобные микросхемы со схемой управления и могут быть подключается непосредственно к более крупным электронным схемам. Самый простой способ использование одного из этих устройств позволяет определить положение чего-либо. Для Например, вы можете разместить датчик Холла на дверной коробке и магнит на двери, поэтому датчик определяет, открыта дверь или закрыта от наличия магнитного поля.Такое устройство называется датчик приближения. Конечно, вы можете выполнять ту же работу так же легко с магнитным герконом (нет общего правила относительно того, герконовые переключатели старого образца или современные датчики на эффекте Холла лучше — это зависит от приложения). В отличие от герконов, которые являются механическими и полагаются на контакты движущиеся в магнитном поле датчики Холла полностью электронные и не имеют движущихся частей, поэтому (по крайней мере теоретически) они должны быть надежнее. Одна вещь, которую вы не можете сделать с герконом, — это определить степень «включения» — силу магнетизма, — потому что геркон либо включен, либо выключен.Вот что делает датчик на эффекте Холла таким полезным.

Рекламные ссылки

Для чего используются датчики на эффекте Холла?

Фото: Этот небольшой бесщеточный двигатель постоянного тока из старого дисковода для гибких дисков имеет три датчика Холла. (обозначены красными кружками), расположенные по его краю, которые обнаруживают движение ротора двигателя (вращающегося постоянного магнита) над ними (не показано на этой фотографии). На датчики особо не на что смотреть, как вы можете видеть на фото крупным планом справа!

Датчики на эффекте Холла

дешевы, прочные и надежные, крошечные и простые в использовании. так что вы найдете их во множестве разных машин и повседневных устройств, от автомобильных зажиганий до компьютерных клавиатур и заводских роботов до велотренажеров

Вот один очень распространенный пример, который вы сейчас можете использовать на своем компьютере.В бесщеточный двигатель постоянного тока (используется в таких устройствах, как жесткие диски и дисководы), вам необходимо в любой момент точно определить, где находится двигатель. Датчик Холла расположенный рядом с ротором (вращающаяся часть двигателя) сможет очень точно определить его ориентацию, измеряя вариации магнитное поле. Подобные датчики также можно использовать для измерения скорости. (например, чтобы посчитать, насколько быстро колесо или двигатель автомобиля кулачок или коленчатый вал вращается). Вы часто найдете их в электронных спидометрах и анемометры (измерители скорости ветра), где они могут быть использованы аналогично герконовым переключателям.

Революционное открытие Эдвина Холла прижилось за несколько десятилетий, но теперь оно используется в самых разных местах — даже в электромагнитных космических ракетных двигателях. Без преувеличения можно сказать, что новаторская работа Холла произвела на меня большое впечатление!

Изображение: Как упакован типичный датчик Холла. Магнитные поля могут быть очень маленькими, поэтому нам нужно, чтобы наши детекторы были как можно более чувствительными, и вот один из способов добиться этого. Сам чип Холла (зеленый, 17) установлен на железной несущей пластине (серый, 16), зажатой внутри двух формованных пластиковых секций (серый, 11, 12).Микросхема подключена выводами (19) к контактам (синим), с помощью которых ее можно подключить в цепь. Но действительно важными частями являются два «концентратора потока» из мягкого железа (оранжевый, 15, 21), которые делают устройство намного более чувствительным. Когда вы помещаете магнит (22) рядом с датчиком, эти концентраторы позволяют магнитному потоку («плотность» магнетизма, создаваемого магнитным полем) течь по непрерывной петле через кристалл Холла, создавая либо положительное, либо отрицательное напряжение. Если магнит переместится на другую сторону датчика, он создаст противоположное напряжение.Иллюстрация из патента США № 3 845 445: Модульное устройство на эффекте Холла Роланда Брауна и др., Корпорация IBM, 29 октября 1974 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

Статьи

История

• [PDF] Открытие эффекта Холла Г.С. Лидстоуном, Physics Education, Volume 14, 1979. Как Холл открыл свой эффект и выяснил, что он означает, бросив вызов некоторым из более ранних работ Джеймса Клерка Максвелла.

Статьи Эдвина Холла

• О новом действии магнита на электрические токи. Эдвин Х. Холл, Американский журнал математики, Vol. 2, No. 3 (сентябрь 1879 г.), стр. 287–292. Оригинальная статья Холла.
• Объяснение феномена Холла Эдвином Х. Холлом, Наука, Vol. 3, № 60 (28 марта 1884 г.), стр. 386–387. Собственное описание и объяснение Холла своего первоначального эксперимента.
• Теория эффекта Холла и связанного с ним эффекта для нескольких металлов Эдвина Х.Холл, PNAS США, Vol. 9, No. 2 (15 февраля 1923 г.), стр. 41–46. Одна из более поздних работ Холла.

Книги

• Датчики на эффекте Холла: теория и применение Эдварда Рамсдена. Newnes, 2006. Охватывает физику, лежащую в основе датчиков Холла, и способы их включения в практические схемы. Включает в себя датчики приближения, датчики тока и датчики скорости и времени. Также есть удобный глоссарий и список поставщиков.
• Устройства на эффекте Холла Р. С. Поповича. Институт физики, 2004.Несколько более крупная и подробная книга, но охватывающая схожую тему с смесью теории, практических схем и повседневных приложений.
• Эффект Холла в металлах и сплавах Колина Херда. Springer 1972/2012. Современное переиздание вступления 1970-х годов.

Практические проекты

Видео

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2009/2020) Датчики на эффекте Холла. Получено с https://www.explainthatstuff.com/hall-effect-sensors.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Как работают датчики на эффекте Холла

Как работают датчики на эффекте Холла — Объясните, что материал Рекламное объявление

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 13 августа 2020 г.

Измерить электричество очень просто — мы все знакомы с электрическими единицами, такими как вольт, ампер и ватт (и большинство из нас видели счетчики с подвижной катушкой в той или иной форме).Немного сложнее измерить магнетизм. Спросите больше всего люди, как измерить силу магнитного поля (невидимое область магнетизма, простирающаяся вокруг магнита) или единицы в какая напряженность поля измеряется (Вебер или тесла, в зависимости от того, как вы измеряете), и они не имеют ни малейшего понятия.

Но есть простой способ измерить магнетизм с помощью прибора. называется датчиком или зондом на эффекте Холла, который использует хитроумный элемент наука, открытая в 1879 году американским физиком Эдвин Х.зал (1855–1938). Работа Холла была гениальной и на много лет опередила свое время — на 20 лет до открытия электрона — и никто не знал, что с ним делать, пока спустя десятилетия не стали лучше разбираться в полупроводниковых материалах, таких как кремний. В наши дни Эдвин Холл был бы в восторге найти датчики, названные в его честь, используются во всех виды интересных способов. Давайте посмотрим внимательнее!

Фото: Магнитное испытательное оборудование, используемое для изучения эффекта Холла. Фото любезно предоставлено Брукхейвенской национальной лабораторией и Министерством энергетики США (DOE).

Что такое эффект Холла?

Работая вместе, электричество и магнетизм могут заставить вещи двигаться: электродвигатели, громкоговорители и наушники — лишь некоторые из незаменимых современные гаджеты, которые так работают. Отправить колеблющийся электрический ток через катушку из медного провода и (хотя вы этого не видите происходит) вы создадите временное магнитное поле вокруг катушки тоже. Поместите катушку рядом с большим постоянным магнитом и временным магнитное поле, создаваемое катушкой, будет либо притягивать, либо отталкивать магнитное поле от постоянного магнита.Если катушка свободна двигаться, он будет двигаться — либо к постоянному магниту, либо от него. В электродвигатель, катушка настроена так, что может вращаться на месте и поверните колесо; в громкоговорителях и наушники, катушка приклеена на кусок бумага, пластик или ткань, которая движется вперед и назад, чтобы выкачать звук.

Фото: вы не видите магнитное поле, но можете измерить его с помощью эффекта Холла. фото любезно предоставлено Wikimedia Commons.

“ Если электрический ток в фиксированном проводе сам притягивается магнитом, ток должен быть направлен к одной стороне провода… ”

Эдвин Холл , 1879

Что, если поместить кусок токоведущего провода в магнитное поле, а провод? не может двигаться? То, что мы называем электричеством, обычно представляет собой поток заряженные частицы через кристаллические (обычные, твердые) материалы (либо отрицательно заряженные электроны изнутри атомов, либо иногда положительно заряженные «дыры» — зазоры там, где должны находиться электроны). Вообще говоря, если подцепить пластину из проводящего материала к батарее, электроны будут проходить через пластину по прямой линии.Как движущиеся электрические заряды, они также будут производить магнитное поле. Если вы поместите плиту между полюса постоянного магнита, электроны отклонятся в изогнутый путь, когда они движутся через материал, потому что их собственная магнитное поле будет взаимодействовать с полем постоянного магнита. (Для справки, то, что заставляет их отклоняться, называется Сила Лоренца, но нам не нужно здесь вдаваться во все детали.) Это означает, что одна сторона материала будет видеть больше электронов, чем другой, так что разность потенциалов (напряжение) появится на материал под прямым углом к ​​магнитному полю от постоянный магнит и ток.Это то, что физики называют эффектом Холла. Чем больше магнитное поле, тем больше отклоняются электроны; чем больше ток, тем больше электронов нужно отклонить. В любом случае, чем больше разность потенциалов (известная как напряжение Холла) будет. В других словами, напряжение Холла пропорционально величине как электрического ток и магнитное поле. Все это имеет больше смысла в наша небольшая анимация ниже.

Как работает эффект Холла?

1. Когда электрический ток протекает через материал, электроны (показаны здесь голубыми пятнами) движутся через него практически по прямой линии.
2. Поместите материал в магнитное поле, и электроны внутри него тоже будут в этом поле. На них действует сила (сила Лоренца) и заставляет отклоняться от их прямолинейного пути.
3. Теперь, глядя сверху, электроны в этом примере будут изгибаться, как показано: с их точки зрения слева направо. Если на правой стороне материала (внизу на этом рисунке) больше электронов, чем на левой (вверху на этом снимке), между двумя сторонами будет разница в потенциале (напряжении), как показано зеленым линия со стрелками.Величина этого напряжения прямо пропорциональна величине электрического тока и напряженности магнитного поля.

Куда они идут?

Как определить, в каком направлении будут двигаться электроны? Вы можете определить направление силы Лоренца с помощью правила левой руки Флеминга (если вы сделаете поправку на обычный ток) или его правила правой руки (если вы этого не сделаете).

Иллюстрация: заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле, испытывают силу (сила Лоренца), которая меняет свое направление, вызывая эффект Холла.Вы можете использовать правило левой руки Флеминга (правило двигателя), чтобы определить направление силы, если вы помните, что правило применяется к обычному току (поток положительных зарядов), а поле течет с севера на юг. В этом примере, если у нас есть поток электронов на страницу, обычный ток вытекает из страницы (так что это направление, в котором должен указывать ваш второй палец). Если поле течет слева направо (указательный палец), наш большой палец говорит нам, что электроны будут двигаться вверх.

Использование эффекта Холла

Вы можете обнаруживать и измерять все виды вещей с помощью эффекта Холла, используя то, что известно. как датчик или зонд на эффекте Холла. Эти термины иногда используются взаимозаменяемо, но, строго говоря, относятся к разным вещам:

• Датчики на эффекте Холла простые, недорогие, электронные чипы, которые используются во всевозможных широко доступных гаджетах и ​​товарах.
• Зонды на эффекте Холла — более дорогие и сложные инструменты. в научных лабораториях для таких вещей, как измерение напряженности магнитного поля с очень высокой точностью.

Фото: 1) Типичный кремниевый датчик Холла. Это выглядит очень похоже на транзистор — что неудивительно, поскольку он сделан аналогичным образом. Автор фото: Expainthatstuff.com. 2) Зонд на эффекте Холла, использовавшийся НАСА в середине 1960-х годов. Фото любезно предоставлено Исследовательский центр НАСА Гленна (NASA-GRC).

Обычно изготавливается из полупроводников (таких материалов, как кремний и германий), эффект Холла датчики работают, измеряя напряжение Холла на двух сторонах когда вы помещаете их в магнитное поле.Некоторые датчики Холла упакованы в удобные микросхемы со схемой управления и могут быть подключается непосредственно к более крупным электронным схемам. Самый простой способ использование одного из этих устройств позволяет определить положение чего-либо. Для Например, вы можете разместить датчик Холла на дверной коробке и магнит на двери, поэтому датчик определяет, открыта дверь или закрыта от наличия магнитного поля. Такое устройство называется датчик приближения. Конечно, вы можете выполнять ту же работу так же легко с магнитным герконом (нет общего правила относительно того, герконовые переключатели старого образца или современные датчики на эффекте Холла лучше — это зависит от приложения).В отличие от герконов, которые являются механическими и полагаются на контакты движущиеся в магнитном поле датчики Холла полностью электронные и не имеют движущихся частей, поэтому (по крайней мере теоретически) они должны быть надежнее. Одна вещь, которую вы не можете сделать с герконом, — это определить степень «включения» — силу магнетизма, — потому что геркон либо включен, либо выключен. Вот что делает датчик на эффекте Холла таким полезным.

Рекламные ссылки

Для чего используются датчики на эффекте Холла?

Фото: Этот небольшой бесщеточный двигатель постоянного тока из старого дисковода для гибких дисков имеет три датчика Холла. (обозначены красными кружками), расположенные по его краю, которые обнаруживают движение ротора двигателя (вращающегося постоянного магнита) над ними (не показано на этой фотографии).На датчики особо не на что смотреть, как вы можете видеть на фото крупным планом справа!

Датчики на эффекте Холла

дешевы, прочные и надежные, крошечные и простые в использовании. так что вы найдете их во множестве разных машин и повседневных устройств, от автомобильных зажиганий до компьютерных клавиатур и заводских роботов до велотренажеров

Вот один очень распространенный пример, который вы сейчас можете использовать на своем компьютере. В бесщеточный двигатель постоянного тока (используется в таких устройствах, как жесткие диски и дисководы), вам необходимо в любой момент точно определить, где находится двигатель.Датчик Холла расположенный рядом с ротором (вращающаяся часть двигателя) сможет очень точно определить его ориентацию, измеряя вариации магнитное поле. Подобные датчики также можно использовать для измерения скорости. (например, чтобы посчитать, насколько быстро колесо или двигатель автомобиля кулачок или коленчатый вал вращается). Вы часто найдете их в электронных спидометрах и анемометры (измерители скорости ветра), где они могут быть использованы аналогично герконовым переключателям.

Революционное открытие Эдвина Холла прижилось за несколько десятилетий, но теперь оно используется в самых разных местах — даже в электромагнитных космических ракетных двигателях.Без преувеличения можно сказать, что новаторская работа Холла произвела на меня большое впечатление!

Изображение: Как упакован типичный датчик Холла. Магнитные поля могут быть очень маленькими, поэтому нам нужно, чтобы наши детекторы были как можно более чувствительными, и вот один из способов добиться этого. Сам чип Холла (зеленый, 17) установлен на железной несущей пластине (серый, 16), зажатой внутри двух формованных пластиковых секций (серый, 11, 12). Микросхема подключена выводами (19) к контактам (синим), с помощью которых ее можно подключить в цепь.Но действительно важными частями являются два «концентратора потока» из мягкого железа (оранжевый, 15, 21), которые делают устройство намного более чувствительным. Когда вы помещаете магнит (22) рядом с датчиком, эти концентраторы позволяют магнитному потоку («плотность» магнетизма, создаваемого магнитным полем) течь по непрерывной петле через кристалл Холла, создавая либо положительное, либо отрицательное напряжение. Если магнит переместится на другую сторону датчика, он создаст противоположное напряжение. Иллюстрация из патента США № 3 845 445: Модульное устройство на эффекте Холла Роланда Брауна и др., Корпорация IBM, 29 октября 1974 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

Статьи

История

• [PDF] Открытие эффекта Холла Г.С. Лидстоуном, Physics Education, Volume 14, 1979. Как Холл открыл свой эффект и выяснил, что он означает, бросив вызов некоторым из более ранних работ Джеймса Клерка Максвелла.

Статьи Эдвина Холла

• О новом действии магнита на электрические токи. Эдвин Х.Холл, Американский журнал математики, Vol. 2, No. 3 (сентябрь 1879 г.), стр. 287–292. Оригинальная статья Холла.
• Объяснение феномена Холла Эдвином Х. Холлом, Наука, Vol. 3, № 60 (28 марта 1884 г.), стр. 386–387. Собственное описание и объяснение Холла своего первоначального эксперимента.
• Теория эффекта Холла и связанного с ним эффекта для некоторых металлов, Эдвин Х. Холл, PNAS USA, Vol. 9, No. 2 (15 февраля 1923 г.), стр. 41–46. Одна из более поздних работ Холла.

Книги

• Датчики на эффекте Холла: теория и применение Эдварда Рамсдена.Newnes, 2006. Охватывает физику, лежащую в основе датчиков Холла, и способы их включения в практические схемы. Включает в себя датчики приближения, датчики тока и датчики скорости и времени. Также есть удобный глоссарий и список поставщиков.
• Устройства на эффекте Холла Р. С. Поповича. Институт физики, 2004. Несколько более крупная и подробная книга, но охватывающая схожую тему со смесью теории, практических схем и повседневных приложений.
• Эффект Холла в металлах и сплавах Колина Херда.Springer 1972/2012. Современное переиздание вступления 1970-х годов.

Практические проекты

Видео

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2009, 2020.Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2009/2020) Датчики на эффекте Холла. Получено с https://www.explainthatstuff.com/hall-effect-sensors.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Как работают датчики на эффекте Холла

Как работают датчики на эффекте Холла — Объясните, что материал Рекламное объявление

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 13 августа 2020 г.

Измерить электричество очень просто — мы все знакомы с электрическими единицами, такими как вольт, ампер и ватт (и большинство из нас видели счетчики с подвижной катушкой в той или иной форме). Немного сложнее измерить магнетизм. Спросите больше всего люди, как измерить силу магнитного поля (невидимое область магнетизма, простирающаяся вокруг магнита) или единицы в какая напряженность поля измеряется (Вебер или тесла, в зависимости от того, как вы измеряете), и они не имеют ни малейшего понятия.

Но есть простой способ измерить магнетизм с помощью прибора. называется датчиком или зондом на эффекте Холла, который использует хитроумный элемент наука, открытая в 1879 году американским физиком Эдвин Х. Холл (1855–1938). Работа Холла была гениальной и на много лет опередила свое время — на 20 лет до открытия электрона — и никто не знал, что с ним делать, пока спустя десятилетия не стали лучше разбираться в полупроводниковых материалах, таких как кремний. В наши дни Эдвин Холл был бы в восторге найти датчики, названные в его честь, используются во всех виды интересных способов.Давайте посмотрим внимательнее!

Фото: Магнитное испытательное оборудование, используемое для изучения эффекта Холла. Фото любезно предоставлено Брукхейвенской национальной лабораторией и Министерством энергетики США (DOE).

Что такое эффект Холла?

Работая вместе, электричество и магнетизм могут заставить вещи двигаться: электродвигатели, громкоговорители и наушники — лишь некоторые из незаменимых современные гаджеты, которые так работают. Отправить колеблющийся электрический ток через катушку из медного провода и (хотя вы этого не видите происходит) вы создадите временное магнитное поле вокруг катушки тоже.Поместите катушку рядом с большим постоянным магнитом и временным магнитное поле, создаваемое катушкой, будет либо притягивать, либо отталкивать магнитное поле от постоянного магнита. Если катушка свободна двигаться, он будет двигаться — либо к постоянному магниту, либо от него. В электродвигатель, катушка настроена так, что может вращаться на месте и поверните колесо; в громкоговорителях и наушники, катушка приклеена на кусок бумага, пластик или ткань, которая движется вперед и назад, чтобы выкачать звук.

Фото: вы не видите магнитное поле, но можете измерить его с помощью эффекта Холла.фото любезно предоставлено Wikimedia Commons.

“ Если электрический ток в фиксированном проводе сам притягивается магнитом, ток должен отводиться на одну сторону провода … ”

Эдвин Холл , 1879

Что, если поместить кусок токоведущего провода в магнитное поле, а провод? не может двигаться? То, что мы называем электричеством, обычно представляет собой поток заряженные частицы через кристаллические (обычные, твердые) материалы (либо отрицательно заряженные электроны изнутри атомов, либо иногда положительно заряженные «дыры» — зазоры там, где должны находиться электроны).Вообще говоря, если подцепить пластину из проводящего материала к батарее, электроны будут проходить через пластину по прямой линии. Как движущиеся электрические заряды, они также будут производить магнитное поле. Если вы поместите плиту между полюса постоянного магнита, электроны отклонятся в изогнутый путь, когда они движутся через материал, потому что их собственная магнитное поле будет взаимодействовать с полем постоянного магнита. (Для справки, то, что заставляет их отклоняться, называется Сила Лоренца, но нам не нужно здесь вдаваться во все детали.) Это означает, что одна сторона материала будет видеть больше электронов, чем другой, так что разность потенциалов (напряжение) появится на материал под прямым углом к ​​магнитному полю от постоянный магнит и ток. Это то, что физики называют эффектом Холла. Чем больше магнитное поле, тем больше отклоняются электроны; чем больше ток, тем больше электронов нужно отклонить. В любом случае, чем больше разность потенциалов (известная как напряжение Холла) будет.В других словами, напряжение Холла пропорционально величине как электрического ток и магнитное поле. Все это имеет больше смысла в наша небольшая анимация ниже.

Как работает эффект Холла?

1. Когда электрический ток протекает через материал, электроны (показаны здесь голубыми пятнами) движутся через него практически по прямой линии.
2. Поместите материал в магнитное поле, и электроны внутри него тоже будут в этом поле. На них действует сила (сила Лоренца) и заставляет отклоняться от их прямолинейного пути.
3. Теперь, глядя сверху, электроны в этом примере будут изгибаться, как показано: с их точки зрения слева направо. Если на правой стороне материала (внизу на этом рисунке) больше электронов, чем на левой (вверху на этом снимке), между двумя сторонами будет разница в потенциале (напряжении), как показано зеленым линия со стрелками. Величина этого напряжения прямо пропорциональна величине электрического тока и напряженности магнитного поля.

Куда они идут?

Как определить, в каком направлении будут двигаться электроны? Вы можете определить направление силы Лоренца с помощью правила левой руки Флеминга (если вы сделаете поправку на обычный ток) или его правила правой руки (если вы этого не сделаете).

Иллюстрация: заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле, испытывают силу (сила Лоренца), которая меняет свое направление, вызывая эффект Холла. Вы можете использовать правило левой руки Флеминга (правило двигателя), чтобы определить направление силы, если вы помните, что правило применяется к обычному току (поток положительных зарядов), а поле течет с севера на юг. В этом примере, если у нас есть поток электронов на страницу, обычный ток вытекает из страницы (так что это направление, в котором должен указывать ваш второй палец).Если поле течет слева направо (указательный палец), наш большой палец говорит нам, что электроны будут двигаться вверх.

Использование эффекта Холла

Вы можете обнаруживать и измерять все виды вещей с помощью эффекта Холла, используя то, что известно. как датчик или зонд на эффекте Холла. Эти термины иногда используются взаимозаменяемо, но, строго говоря, относятся к разным вещам:

• Датчики на эффекте Холла простые, недорогие, электронные чипы, которые используются во всевозможных широко доступных гаджетах и ​​товарах.
• Зонды на эффекте Холла — более дорогие и сложные инструменты. в научных лабораториях для таких вещей, как измерение напряженности магнитного поля с очень высокой точностью.

Фото: 1) Типичный кремниевый датчик Холла. Это выглядит очень похоже на транзистор — что неудивительно, поскольку он сделан аналогичным образом. Автор фото: Expainthatstuff.com. 2) Зонд на эффекте Холла, использовавшийся НАСА в середине 1960-х годов. Фото любезно предоставлено Исследовательский центр НАСА Гленна (NASA-GRC).

Обычно изготавливается из полупроводников (таких материалов, как кремний и германий), эффект Холла датчики работают, измеряя напряжение Холла на двух сторонах когда вы помещаете их в магнитное поле. Некоторые датчики Холла упакованы в удобные микросхемы со схемой управления и могут быть подключается непосредственно к более крупным электронным схемам. Самый простой способ использование одного из этих устройств позволяет определить положение чего-либо. Для Например, вы можете разместить датчик Холла на дверной коробке и магнит на двери, поэтому датчик определяет, открыта дверь или закрыта от наличия магнитного поля.Такое устройство называется датчик приближения. Конечно, вы можете выполнять ту же работу так же легко с магнитным герконом (нет общего правила относительно того, герконовые переключатели старого образца или современные датчики на эффекте Холла лучше — это зависит от приложения). В отличие от герконов, которые являются механическими и полагаются на контакты движущиеся в магнитном поле датчики Холла полностью электронные и не имеют движущихся частей, поэтому (по крайней мере теоретически) они должны быть надежнее. Одна вещь, которую вы не можете сделать с герконом, — это определить степень «включения» — силу магнетизма, — потому что геркон либо включен, либо выключен.Вот что делает датчик на эффекте Холла таким полезным.

Рекламные ссылки

Для чего используются датчики на эффекте Холла?

Фото: Этот небольшой бесщеточный двигатель постоянного тока из старого дисковода для гибких дисков имеет три датчика Холла. (обозначены красными кружками), расположенные по его краю, которые обнаруживают движение ротора двигателя (вращающегося постоянного магнита) над ними (не показано на этой фотографии). На датчики особо не на что смотреть, как вы можете видеть на фото крупным планом справа!

Датчики на эффекте Холла

дешевы, прочные и надежные, крошечные и простые в использовании. так что вы найдете их во множестве разных машин и повседневных устройств, от автомобильных зажиганий до компьютерных клавиатур и заводских роботов до велотренажеров

Вот один очень распространенный пример, который вы сейчас можете использовать на своем компьютере.В бесщеточный двигатель постоянного тока (используется в таких устройствах, как жесткие диски и дисководы), вам необходимо в любой момент точно определить, где находится двигатель. Датчик Холла расположенный рядом с ротором (вращающаяся часть двигателя) сможет очень точно определить его ориентацию, измеряя вариации магнитное поле. Подобные датчики также можно использовать для измерения скорости. (например, чтобы посчитать, насколько быстро колесо или двигатель автомобиля кулачок или коленчатый вал вращается). Вы часто найдете их в электронных спидометрах и анемометры (измерители скорости ветра), где они могут быть использованы аналогично герконовым переключателям.

Революционное открытие Эдвина Холла прижилось за несколько десятилетий, но теперь оно используется в самых разных местах — даже в электромагнитных космических ракетных двигателях. Без преувеличения можно сказать, что новаторская работа Холла произвела на меня большое впечатление!

Изображение: Как упакован типичный датчик Холла. Магнитные поля могут быть очень маленькими, поэтому нам нужно, чтобы наши детекторы были как можно более чувствительными, и вот один из способов добиться этого. Сам чип Холла (зеленый, 17) установлен на железной несущей пластине (серый, 16), зажатой внутри двух формованных пластиковых секций (серый, 11, 12).Микросхема подключена выводами (19) к контактам (синим), с помощью которых ее можно подключить в цепь. Но действительно важными частями являются два «концентратора потока» из мягкого железа (оранжевый, 15, 21), которые делают устройство намного более чувствительным. Когда вы помещаете магнит (22) рядом с датчиком, эти концентраторы позволяют магнитному потоку («плотность» магнетизма, создаваемого магнитным полем) течь по непрерывной петле через кристалл Холла, создавая либо положительное, либо отрицательное напряжение. Если магнит переместится на другую сторону датчика, он создаст противоположное напряжение.Иллюстрация из патента США № 3 845 445: Модульное устройство на эффекте Холла Роланда Брауна и др., Корпорация IBM, 29 октября 1974 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

Статьи

История

• [PDF] Открытие эффекта Холла Г.С. Лидстоуном, Physics Education, Volume 14, 1979. Как Холл открыл свой эффект и выяснил, что он означает, бросив вызов некоторым из более ранних работ Джеймса Клерка Максвелла.

Статьи Эдвина Холла

• О новом действии магнита на электрические токи. Эдвин Х. Холл, Американский журнал математики, Vol. 2, No. 3 (сентябрь 1879 г.), стр. 287–292. Оригинальная статья Холла.
• Объяснение феномена Холла Эдвином Х. Холлом, Наука, Vol. 3, № 60 (28 марта 1884 г.), стр. 386–387. Собственное описание и объяснение Холла своего первоначального эксперимента.
• Теория эффекта Холла и связанного с ним эффекта для нескольких металлов Эдвина Х.Холл, PNAS США, Vol. 9, No. 2 (15 февраля 1923 г.), стр. 41–46. Одна из более поздних работ Холла.

Книги

• Датчики на эффекте Холла: теория и применение Эдварда Рамсдена. Newnes, 2006. Охватывает физику, лежащую в основе датчиков Холла, и способы их включения в практические схемы. Включает в себя датчики приближения, датчики тока и датчики скорости и времени. Также есть удобный глоссарий и список поставщиков.
• Устройства на эффекте Холла Р. С. Поповича. Институт физики, 2004.Несколько более крупная и подробная книга, но охватывающая схожую тему с смесью теории, практических схем и повседневных приложений.
• Эффект Холла в металлах и сплавах Колина Херда. Springer 1972/2012. Современное переиздание вступления 1970-х годов.

Практические проекты

Видео

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Следуйте за нами

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2009/2020) Датчики на эффекте Холла. Получено с https://www.explainthatstuff.com/hall-effect-sensors.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Фотоиндуцированный эффект Холла в металлах

Чтобы продемонстрировать этот эффект, мы нанесли три металлических пленки: платину (Pt), золото (Au) и алюминий (Al) толщиной t = 3 нм на 1 × 1 см. ² кристаллы нелегированного (100) кремния (Si). Эти металлы были выбраны потому, что они имеют все более низкую работу выхода ( ϕ _Pt = 5.9 эВ, ϕ _Au = 5,5 эВ и ϕ _al = 4,20 эВ) ⁶ . В то время как Pt и Au имеют большую работу выхода, чем Si ( ϕ _Si = 4,6 эВ), что способствует образованию барьеров Шоттки, работа выхода Al ниже, чем у Si, поэтому Al имеет тенденцию к образованию омических контактов. к Си. В качестве эталонов использовали краситель Si и образец, состоящий из Pt той же толщины, нанесенной на изолирующий сапфир (α-Al ₂ O ₃ ).Магнитное поле создавалось с помощью электромагнита. Напряжение измерялось подключением середин двух противоположных краев металлической пленки к вольтметру. Использовался источник света, состоящий из лампы накаливания и ручного затвора. Лампа-колба излучала неполяризованный свет, что исключает возможное влияние на наши измерения спин-инжекционного эффекта Холла и фотовольтаического эффекта Холла ^7,8 . Свет имел измеренный спектр, который охватывал весь и только видимый диапазон от λ = 450 нм (фиолетовый) до λ = 750 нм (красный).

Следует понимать, что ультратонкие металлические пленки обладают высокой прозрачностью для света ⁹ . Глубина проникновения света зависит от длины волны: δ = √ ( ρλ / π μc ), где ρ — удельное сопротивление металла, λ — длина волны, c — скорость света в вакуума и μ — магнитная проницаемость. Например, для нашей Pt с измеренным удельным сопротивлением ρ _Pt = 2.1 × 10 ⁻⁶ Ом м, δ = 2,8 нм для λ = 450 нм (фиолетовый) и δ = 3,6 нм для λ = 750 нм (красный). Следовательно, видимый свет может достигать границы раздела для пленки Pt t = 3 нм. Аналогично сопротивление, предлагаемое пленкой размером l = w = 1 см R = ρl / wt ~ 1 кОм. Следовательно, между его краями может падать значительная разница потенциалов.

На рис. 2 показано напряжение в зависимости от времени , возникающее при воздействии на образцы света с интенсивностью I = 1 Вт и магнитным полем B = 0.5 T. Видно, что при использовании Si-красителя напряжение не появляется, что исключает, что эффект обусловлен фото-эффектом Холла в полупроводнике ² . Точно так же не было обнаружено никакого сигнала на плате / сапфировом кристалле, что исключает, что напряжение возникает из-за возбуждения электронов в платине. Можно также видеть, что эффект уменьшается с уменьшением работы выхода, что предполагает, что установление барьера Шоттки является необходимым условием существования эффекта и что свет поглощается в слое пространственного заряда перехода.

Рисунок 2

Фотовозбуждение поперечного электрического поля в перпендикулярном магнитном поле. Напряжение против времени , возникающего при освещении образцов светом с интенсивностью I, = 1 Вт и B, = 0,5 Тл. Правая верхняя вставка показывает спектр света.

Для Pt и Au эффект оказался строго линейным как для напряженности магнитного поля, так и для интенсивности света. На рис. 3А мы показываем зарегистрированное напряжение как функцию напряженности поля для различной интенсивности света.Напряжение было пропорционально напряженности магнитного поля для значений вплоть до максимума, который мы можем применить с нашим электромагнитом (~ 0,8 Тл). Точно так же на фиг. 3B напряжение линейно увеличивается с интенсивностью света для фиксированных значений магнитного поля. Чтобы понять, был ли эффект вызван магнитными силами на зарядах, диффундирующих в направлении z , мы измерили напряжение как функцию угла θ между полем и направлением напряжения, вращая держатель образца в xy плоскость (рис.Врезка 3Б). Как и ожидалось, напряжение показало синусоидальную зависимость с θ .

Рис. 3

Фотоиндуцированный эффект Холла в платине и его происхождение. ( A ) Напряжение против магнитного поля при постоянной интенсивности света для Pt / Si-чипа. На нижней правой вставке показана схема измерения. ( B ) Напряжение в сравнении с интенсивностью света при постоянных магнитных полях того же образца. Верхняя левая вставка показывает нормализованное напряжение против угла в плоскости при фиксированной напряженности поля и интенсивности света; ( C ) Вольт-амперные характеристики границы раздела Pt / Si в темноте и на свету.Кривые рассеяния показывают те же характеристики при приложении магнитного поля к плоскости образца. На вставке показана конфигурация измерения; ( D ) Набросок фотоиндуцированного возбуждения зарядов и понижения барьера из-за сил изображения. В _би — теоретически рассчитанный встроенный потенциал.

Si имеет запрещенную зону E _г = 1,1 эВ, что соответствует длине волны λ = 1127 нм, и поэтому может поглощать свет в видимом диапазоне.Тем не менее, заряд, фотовозбужденный в Si и просто диффундирующий в металл, будет производить поперечное напряжение холостого хода независимо от используемого металла. Кроме того, это напряжение должно быть очень маленьким, потому что в металле действует эффект Холла. Чтобы понять, почему эффект проявляется только при использовании металла с высокой работой выхода, мы нанесли Pt на пластину Si после маскировки части кристалла теневой маской (см. Рис. 3C). Ток-напряжение ( I _S / В _S ) на границе раздела Pt / Si измеряли путем размещения электрического контакта на Si как можно ближе к краю Pt.Несмотря на то, что зазор d между краем Pt и контактом с нелегированным Si обеспечивает значительное последовательное сопротивление, которое мешает нам оценить встроенное электрическое поле, можно хорошо понять, что Pt образует контакт Шоттки. к полупроводнику. Модель I _S / V _{S Было обнаружено, что} сильно зависит от света и не зависит от магнитного поля. С другой стороны, магнитное поле не может изменить распределение заряда в плоскости xy ни области пространственного заряда, ни полупроводника, потому что магнитные силы действуют только на движущиеся заряды в направлении z для плоскости. поле.

Удивительно, но свет не вызывает жесткого переключения на пониженную передачу, как у I _S / V _S вдоль оси тока, как в фотодиоде, или жесткое смещение вдоль оси напряжения, которое указывало бы на сдвиг уровней Ферми, эквивалентный приложению внешнего электрического поля, но скорее на увеличение как прямых и обратный ток, как если бы свет снизил высоту барьера, тем самым переводя контакт из состояния Шоттки в квазиомический (см.рис.3С). Уменьшение высоты барьера контакта Шоттки или, что то же самое, необычное увеличение тока утечки при обратном смещении хорошо объяснено и смоделировано теорией сил изображения ¹⁰ .

Что такое датчик Холла?

Датчик на эффекте Холла — это электронное устройство, предназначенное для обнаружения эффекта Холла и преобразования его результатов в электронные данные, для включения и выключения цепи, для измерения переменного магнитного поля или обработки с помощью встроенного компьютера. или отображается в интерфейсе.В 1879 году ученый Эдвин Холл обнаружил, что если магнит поместить перпендикулярно проводнику с постоянным потоком тока, электроны, протекающие внутри проводника, тянутся в одну сторону, создавая разность потенциалов в заряде (т. Е. Напряжении). Таким образом, эффект Холла указывает на наличие и величину магнитного поля вблизи проводника.

Используя магнитные поля, датчики на эффекте Холла используются для обнаружения таких переменных, как близость, скорость или смещение механической системы.Датчики на эффекте Холла являются бесконтактными, что означает, что они не должны контактировать с физическим элементом. Они могут генерировать цифровой (включенный и выключенный) или аналоговый (непрерывный) сигнал в зависимости от их конструкции и предполагаемой функции.

Переключатели и защелки на эффекте Холла включены или выключены. Переключатель на эффекте Холла включается в присутствии магнитного поля и выключается, когда магнит снимается. Защелка на эффекте Холла включается (закрывается) при приложении положительного магнитного поля и остается включенной даже при удалении магнита.При наложении отрицательного магнитного поля защелка на эффекте Холла отключается (открывается) и остается выключенной даже после удаления магнита.

Линейные датчики Холла (аналоговые) обеспечивают точные и непрерывные измерения на основе напряженности магнитного поля; они не включаются и не выключаются. В датчике на эффекте Холла элемент Холла передает разность электрических потенциалов (напряжение, вызванное магнитными помехами) в усилитель, чтобы сделать изменение напряжения достаточно большим, чтобы оно было воспринято встроенной системой.

Датчики

на эффекте Холла используются в сотовых телефонах и GPS, сборочных линиях, автомобилях, медицинских устройствах и многих устройствах Интернета вещей. Ожидается, что рынок датчиков на эффекте Холла будет расти более чем на 10% в год и к 2026 году достигнет 7,55 млрд долларов.

Датчики на эффекте Холла — Физические вычисления

Оглавление

1. Введение
2. Эффект Холла
3. Датчики на эффекте Холла
   1. Приложения для датчиков на эффекте Холла
   2. Аналоговые vs.двоичный выход
      1. Аналоговые датчики на эффекте Холла
      2. Двоичные (переключаемые) датчики на эффекте Холла
   3. Герконовые переключатели
   4. Датчик Холла DRV5055
      1. Подключение DRV5055
      2. Отклик датчика на магнитное поле
4. Давайте сделаем вещи
5. Сделайте волшебный магнитный осветлитель для светодиодов
   1. Workbench video
   2. Улучшение схемы
6. Создайте магический магнитный осветлитель на базе Arduino
   1. Схема Arduino на эффекте Холла
   2. Код
   3. Workbench video
7. Ссылки
8. Видео
9. Ссылки

---

В этом уроке вы узнаете о двух типах магнитных датчиков: датчиках Холла и герконовых переключателях.Затем вы будете использовать датчик Холла DRV5055 для создания простой схемы светодиода с автосветлением сначала без, а затем с микроконтроллером.

Введение

Магнитные датчики, такие как герконы и датчики на эффекте Холла, реагируют на присутствие магнитного поля. Это действительно повсеместные датчики, которые можно найти во всем, от автомобильных цепей управления и систем управления жидкостями до электронных устройств, таких как сотовые телефоны и компьютеры. В то время как герконы являются электромеханическими: два внутренних контакта физически замкнуты, когда правильно ориентированное магнитное поле находится в пределах допустимого диапазона, датчики эффекта Холла являются твердотельными (без движущихся частей) преобразователями: они преобразуют магнитную энергию в электрическую и могут либо использоваться как аналоговые датчики или переключатели.

Ключевым преимуществом датчиков на основе магнита является то, что сам магнит не требует питания и даже может быть полностью заключен в движущуюся часть, такую ​​как окно, колесо, турбина, и т. Д. Например, Велотахометр работает путем прикрепления магнита к колесу велосипеда (которое вращается), в то время как датчик Холла или герконовый переключатель прикреплен к вилке колеса и используется микроконтроллером для подсчета оборотов. Магнитные датчики также обычно используются для отслеживания вращения в электродвигателях постоянного тока, которые уже содержат магниты для питания двигателя.

Два примера системы слежения за колесами велосипеда (слева и посередине) вместе со спидометром велосипеда. Обычно эти системы изготавливаются с датчиками Холла или герконовыми переключателями для измерения оборотов колес, которые преобразуются в расстояние и скорость с помощью небольшого компьютера с дисплеем (часто устанавливаемого на руле). Примечание: чтобы использовать эту систему, велосипедист должен сначала выполнить этап калибровки, переместив колесо на заданное расстояние (тем самым предоставив необходимые данные для преобразования числа оборотов в расстояние).

Эффект Холла

Как взаимодействуют электрические и магнитные поля? Возможно, вы помните, что электрический ток создает магнитное поле (вспомните правило правой руки из школьной физики). Но влияет ли магнитное поле на ток? Да!

Электричество и магнетизм давно привлекают человеческий интерес, но считаются отдельными явлениями. Лишь в конце 19 века, когда Джеймс Максвелл опубликовал Трактат об электричестве и магнетизме , электричество и магнетизм были объединены в одну взаимосвязанную силу: электромагнетизм.Но остались ключевые вопросы, в том числе, наиболее актуальные для нас: как магнитов взаимодействуют с электрическим током ?

Войдите в Эдвин Холл. Будучи аспирантом Университета Джонса Хопкинса в 1879 году, Холл открыл «эффект Холла», который представляет собой возникновение небольшой разности напряжений на электрическом проводнике , поперечном к электрическому току при приложении магнитного поля (Википедия). Этот анимационный ролик «How to Mechatronics» помогает продемонстрировать эффект. Когда вводится магнит, он отталкивает отрицательные заряды к одной стороне проводника, создавая асимметричное распределение заряда (перпендикулярно току) на проводнике.Это разделение зарядов создает новое электрическое поле с небольшим электрическим потенциалом (часто в милливольтах), которое можно измерить с помощью мультиметра или аналогичного устройства.

Анимация из «How to Mechatronics»

Обратите внимание, что хотя анимация показывает прекращение тока через проводник во время эффекта Холла, это не так. Ток продолжает течь даже в присутствии магнитного поля. Анимация также не показывает, что при переворачивании магнита эффект Холла также меняется на противоположный: отрицательные и положительные заряды смещаются к противоположным сторонам проводника (и, опять же, это смещение составляет поперечных относительно потока тока).

Запутались? Это нормально!

Чтобы лучше понять эффект Холла, посмотрите это 5-минутное видео профессора Боули из Ноттингемского университета. Он предлагает прекрасный набор визуальных экспериментов и объяснений (лучшее из того, что мы видели), которые должны прояснить ситуацию:

В этом замечательном видео из Ноттингемского университета профессор Боули объясняет физику эффекта Холла.

Датчики на эффекте Холла

Датчики на эффекте Холла используют «эффект Холла» для измерения величины ближнего магнитного поля.Точнее, датчики на эффекте Холла измеряют «магнитный поток» (\ (Φ \)), который представляет собой полное магнитное поле \ (\ vec {B} \), проходящее через заданную область \ (\ vec {A} \) (где A — площадь чувствительного элемента, перпендикулярная магнитному полю): \ (Φ = \ vec {B} \ cdot \ vec {A} \). В то время как индуктивные датчики реагируют на изменение магнитных полей на , одним из преимуществ датчиков на эффекте Холла является то, что они работают со статическими (неизменяющимися) полями. Итак, датчик на эффекте Холла может реагировать на магнит, даже если он не движется.

Моделируемый магнитный поток магнита NdFeB.Изображение из таблицы данных датчика Холла DRV5055.

Поскольку векторы магнитного поля текут от северного полюса магнита к южному, магнитный поток будет изменяться в зависимости от ориентации магнита на датчик эффекта Холла. Величина магнитного потока максимальна, когда полюса магнита перпендикулярны датчику. Чтобы узнать больше о магнитном потоке, см. Этот урок Академии Хана.

Применение датчиков на эффекте Холла

Датчики на эффекте Холла используются в различных потребительских и промышленных приложениях, от автомобильной промышленности до контроля жидкостей и автоматизации зданий.Некоторые приложения, такие как определение положения сиденья и ремня безопасности, используют датчики эффекта Холла для определения местоположения объектов, в то время как другие используют датчики эффекта Холла для бесконтактных измерений постоянного тока (измерение индуцированного магнитного поля током через провод). Только современные автомобильные автомобили содержат 10 или более датчиков Холла для всего, от определения положения стеклоочистителя до педалей тормоза и газа до системы зажигания (Landuyt et al., SPLC’14).

В своем справочнике по датчикам Холла Honeywell предлагает десятки идей по применению:

Подмножество идей по применению датчиков Холла, представленных в справочнике Honeywell.

Сравнение аналогового и двоичного выхода

Датчики на эффекте Холла могут обеспечивать либо аналоговый выход , либо двоичный выход . В любом случае это активных датчиков с тремя контактами (\ (V_ {CC} \), \ (GND \) и \ (Out \)).

Аналоговые датчики на эффекте Холла

В предыдущих уроках мы рассмотрели резистивные датчики, такие как силочувствительные резисторы и фоторезисторы, которые изменяют свое сопротивление на в зависимости от некоторого внешнего воздействия. Напротив, аналоговый датчик на эффекте Холла выдает переменное напряжение .Это напряжение прямо пропорционально измеренной плотности магнитного потока.

Двоичные (переключательные) датчики на эффекте Холла

Некоторые датчики на эффекте Холла действуют как выключатели: либо включены (при наличии достаточно сильного магнитного поля), либо выключены (в противном случае). Например, US5881LUA, продаваемый Adafruit, обычно имеет значение HIGH , но переключается на LOW при наличии южного магнитного полюса . Некоторые переключатели на эффекте Холла — это с фиксацией , которые остаются в активированном состоянии даже при удалении магнита.Например, датчик Холла с фиксацией US1881 переключается на HIGH при наличии северного магнитного полюса , но остается в этом состоянии даже после удаления магнита и до тех пор, пока не будет обнаружен магнитный полюс южный .

Для создания двоичного выхода эти датчики на эффекте Холла имеют дополнительный внутренний элемент, называемый триггером Шмитта, подключенный к аналоговому выходу, который преобразует внутренний аналоговый выходной сигнал во внешний цифровой выход ( HIGH или LOW ).Смотрите это видео от «How to Mechatronics».

Геркон

Изображение из Википедии.

Хотя некоторые датчики на эффекте Холла выдают двоичный сигнал ( HIGH или LOW ) и, таким образом, могут работать как переключатели, их не следует путать с герконами, которые являются электромеханическими устройствами . В герконовом переключателе два ферромагнитных металлических контакта замыкаются в присутствии магнитного поля (в противном случае они нормально разомкнуты). Поскольку геркон — это механическое устройство, контакты переключателя могут со временем изнашиваться.Смотрите анимацию ниже.

Анимация язычкового переключателя	Видео активации замедленного движения

Видео активации замедленного движения взято из Википедии.

Геркон — это пассивный датчик: его контакты замыкаются в присутствии магнитного поля независимо от того, включен ли он в цепь. В отличие от датчиков на эффекте Холла герконы нечувствительны к полярности магнитного поля; однако магнитное поле должно быть параллельно тростнику — либо с севера на юг, либо с юга на север.См. Рисунок ниже.

С датчиком на эффекте Холла плотность магнитного потока через датчик максимизируется, когда магнитный полюс направлен прямо на датчик. При использовании геркона магнитные полюса должны быть параллельны датчику. Изображение получено из KJMagnetics.

Вот видео, демонстрирующее работу герконового переключателя с тремя разными магнитами от K&J Magnetics:

Датчик Холла DRV5055

В наши комплекты оборудования мы предоставляем ратиометрический линейный датчик Холла DRV5055 от Texas Instruments (TI), который изменяет свое выходное напряжение пропорционально плотности магнитного потока.Ратиометрический означает, что выходное напряжение датчика пропорционально напряжению питания (\ (V_ {CC} \)).

DRV5055 может работать с источниками питания как 3,3 В, так и 5 В (с допуском +/- 10%). Датчик может быть дискретизирован на частоте 20 кГц. Чтобы обеспечить надежное выходное напряжение в широком диапазоне условий развертывания, микросхема DRV5055 включает схемы температурной компенсации, компенсации механических напряжений, преобразования сигнала и усиления. Таким образом, несмотря на небольшой размер, в этот аппарат встроено значительное количество сложного оборудования.

Доступны два пакета: корпус SOT-23 для поверхностного монтажа (левый рисунок ниже) и корпус TO-92 (справа). Мы будем использовать пакет для сквозных отверстий (TO-92).

Два блока DRV5055 с конфигурацией контактов и расположением элемента Холла помечены красным (в центре датчика)

Подключение DRV5055

Для использования датчика подключите ножку 1 к \ (V_ {CC} \) * , Ножку 2 к \ (GND \) и ножку 3 к аналоговому входу на вашем Arduino (скажем, A0 ).

* TI рекомендует подключить вывод 1 к керамическому конденсатору с заземлением номиналом не менее 0,01 мкФ. Он называется развязывающим конденсатором (или байпасным конденсатором) и является обычным дополнением, помогающим сгладить подачу напряжения во время работы датчика. См. Схему подключения ниже. Хотя это не является абсолютно необходимым (а у некоторых из вас может не быть доступа к керамическим конденсаторам), это рекомендуется (это повысит производительность и надежность). Чтобы увидеть эффект добавления развязывающего конденсатора на подачу напряжения на микросхему, посмотрите это видео.Дэйв Джонс из EEVblog также дает хороший урок на доске (ссылка).

Мы включили две эквивалентные схемы подключения Arduino. На левой диаграмме изображена макетная плата, которая, по нашему мнению, может немного сбить с толку тех, кто все еще знаком с макетными платами. На средней схеме такая же разводка, но без макета. Схема справа скопирована / вставлена ​​непосредственно из таблицы данных DRV5055.

Реакция датчика на магнитное поле

Итак, как выходной вывод DRV5055 (ножка 3) реагирует на магнитное поле?

Когда магнитное поле отсутствует, аналоговый выход управляет половиной \ (V_ {cc} \).Итак, на Arduino Uno analogRead (A0) вернет 512 (1023/2) в состоянии по умолчанию (без магнита). Выходной сигнал датчика будет линейно изменяться в зависимости от приложенной плотности магнитного потока. Если южный полюс магнита обращен к датчику, аналоговый выход будет увеличиваться между \ (V_ {cc} / 2 \) — \ (V_ {cc} \). Если северный полюс обращен к датчику, выходное напряжение уменьшится с \ (V_ {cc} / 2 \)) до 0 В. См. График магнитного отклика ниже и раздел 7.3.2 таблицы данных DRV5055.

График магнитного отклика датчика Холла DRV5055. На диаграмме справа показан южный полюс магнита, перпендикулярный чувствительной поверхности, что приведет к положительному значению \ (\ vec {B} \) и аналоговому выходному напряжению> \ (V_ {cc} / 2 \). Если ориентация магнита перевернута так, что северный полюс обращен к датчику, то \ (\ vec {B} \) будет отрицательным, а аналоговое выходное напряжение будет находиться в диапазоне от 0 до \ (V_ {cc} / 2 \) .

Давайте сделаем вещи

Сначала мы собираемся использовать датчик на эффекте Холла в «голой» схеме без микроконтроллера, а затем мы покажем, как использовать датчик с Arduino.

Сделайте волшебный магнитный осветлитель для светодиодов.

Давайте воспользуемся датчиком Холла для автоматического изменения яркости нашего светодиода. Напомним, что \ (V_ {out} \) увеличивается по мере приближения южного полюса магнита и \ (V_ {out} \) уменьшается по мере приближения к северному полюсу. Давайте воспользуемся этим свойством для управления яркостью нашего светодиода.

Даже с этой простой схемой есть много творческих возможностей: представьте себе свет Гарри Поттера, который включается только тогда, когда волшебная палочка приближается (свет будет содержать датчик эффекта Холла, а палочка — магнит).

В таблице данных DRV5055 указано, что максимальный непрерывный выходной ток составляет 1 мА. Используя закон Ома, мы можем рассчитать безопасное значение сопротивления для токоограничивающего резистора, чтобы светодиод не потреблял слишком большой ток. \ (I = \ frac {V_ {cc} — V_f} {R} \ to 1mA = \ frac {5V-2V} {R} \ to R = \ frac {3V} {0.001A} = 3000Ω \). Итак, мы будем использовать 3,3 кОм.

Мы включили две схемы подключения: слева предложенная схема подключения по спецификации DRV5055 с разделительным конденсатором, а справа та же проводка, но без конденсатора.Оба будут работать одинаково для наших целей, поэтому, если у вас нет под рукой конденсатора, просто сделайте схему справа.

Видео рабочего места

А вот видео рабочего места, демонстрирующее схему (без конденсатора). Вторая половина видео включает в себя два мультиметра: один для измерения тока в цепи, а другой — для измерения выходного напряжения датчика Холла.

Мой голос очень тихий, так как я записал видео рано утром и не хотел беспокоить свой дом! : D

Улучшение схемы

Что, если бы мы хотели подавать более 1 мА через наш светодиод? У нас есть два варианта:

1. Как и в случае с нашей схемой фоторезистора, мы можем изменить нашу схему, чтобы использовать транзистор .В этом случае выход датчика Холла будет подключен к транзистору, который будет контролировать ток через наш светодиод. Если у вас есть транзистор, не стесняйтесь попробовать это!
2. Мы могли бы перейти к использованию микроконтроллера, что мы и собираемся сделать!

Сделайте волшебный магнитный осветлитель для светодиодов на основе Arduino

Давайте адаптируем нашу схему для использования Arduino. Мы сделаем одну схему для считывания показаний датчика Холла на A0 , а другую схему для включения и автоматического увеличения яркости светодиода с помощью ШИМ (через контакт 3 GPIO).

Схема Arduino на эффекте Холла

Ниже представлены две схемы подключения: одна с разделительным конденсатором (0,01 мкФ), а другая — без. Разделительный конденсатор необходим для обеспечения постоянного напряжения питания во время работы датчика Холла; однако это не обязательно для простого прототипирования и обучения.

Код

Наш код — это самый простой вариант. Мы просто считываем выходное напряжение датчика Холла на A0 и напрямую переводим его на выход ШИМ светодиода.Напомним, что датчик на эффекте Холла выдает \ (V_ {cc} / 2 \), когда магнит отсутствует. Таким образом, светодиод «наполовину включен» ( analogWrite (LED_PIN, 128) ) без магнита, полностью яркий, когда южный полюс обращен прямо перед датчиком, и полностью выключен, когда северный полюс обращен прямо перед датчиком.

Одна простая модификация, которую вы можете попробовать: когда нет магнита, выключите светодиод. При обнаружении южного или северного полюса магнитного поля соответственно увеличьте яркость светодиода.

Workbench видео

Ссылки

Видео

Цитаты

Димитри Ван Ландайт, Стивен Оп де Бек, Арам Овсепян, Сэм Михильс, Воутер Джоузен, Свен Мейнкенс, Гьялт де Йонг, Ашер Бараис. 2014. На пути к управлению изменчивостью конструкции безопасности автомобильного датчика Холла. В трудах 18-й Международной конференции по линейке программных продуктов — Том 1 (SPLC ’14). Ассоциация вычислительной техники, Нью-Йорк, Нью-Йорк, США, 304–309.DOI: https: //doi.org/10.1145/2648511.2648546

---

Все материалы с открытым исходным кодом созданы лабораторией Makeability Lab и профессором Джоном Э. Фрелихом. Нашли ошибку? Отправьте сообщение о проблеме на GitHub.

arduino — переключатель холла или фотопрерыватель

Оба являются достаточно хорошими решениями.
Вы определили основные факторы, влияющие на оптические датчики. В худшем случае вы также можете справиться с прерыванием из-за паутины и насекомых в целом.

На датчики Холла

могут влиять посторонние внешние магнитные поля, но в большинстве ситуаций это маловероятно.Иногда вы можете получить неожиданные поля некоторой величины на расстоянии от источника. Я давно видел ситуацию, когда ЭЛТ-дисплей слегка искажался, когда петля силового кабеля лифта, тянущаяся лифтом с другой стороны стены, проходила мимо задней части экрана. Расстояние между ними составляло, вероятно, один метр или больше.

Крысы, кажется, любят есть оболочку кабеля из ПВХ (в частности) — независимо от датчика или системы питания, которую они питают.

У любого типа датчика будет определенный гистерезис.Это будет зависеть от конкретной конструкции, но датчик Холла, вероятно, будет иметь больший гистерезис. Гистерезис полезен для уменьшения эффекта «дребезга» при работе / отключении, но может потребоваться его учет. В худшем случае чрезмерно проницательная система управления может выключить двигатель, если она не обнаружит работу датчика при подаче питания на двигатель.

Ранний запуск пилотируемого космического корабля США * был прерван из-за того, что шлангокабель вырвался наружу, когда ракета начала подниматься, и один штифт вылетел раньше другого, создавая аномальную конфигурацию цепи.Компьютер решил прервать запуск, выключил двигатели, и ракета без сбоев вернулась на площадку. Астронавт, который контролировал стрельбу из аварийной вышки, сохранял хладнокровие и не запускал систему катапультирования.