Интегральные датчики Холла — статья Георгия Волович. Интегральные датчики магнитного поля. Принцип действия датчика Холла, схемы, формулы, иллюстрации.

Интегральные датчики Холла — продолжение публикации. Рассмотрены типы датчиков — линейные датчики, логические датчики. Отрасли применения таких датчиков и фирмы производители.

Интегральные датчики Холла

Рис.3 Схема ИМС линейного датчика Холла (а) и график его характеристики преобразования (б)

Датчики Холла являются основой многих типов датчиков, таких как датчики линейного или углового перемещения, датчики магнитного поля, датчики тока, датчики расхода и др. Удобство бесконтактного срабатывания (полное отсутствие механического износа), низкая стоимость, простота использования делают их незаменимыми в приборостроении, автомобильной, авиационной и других отраслях промышленности. Интегральные датчики Холла производят такие фирмы, как Honeywell, Melexis, Allegro Microsystems, Micronas Intermetall, Siemens, Analog Devices и др. Первая группа интегральных датчиков Холла – это линейные устройства, применяющиеся в измерителях напряжённости магнитного поля. Как правило, эти устройства содержат схемы усиления сигнала датчика. Необходимая предварительная обработка сигнала обычно заключается в усилении и температурной компенсации. Может понадобиться также стабилизация питающего напряжения. При отсутствии магнитного поля выходное напряжение датчика должно быть равно нулю, поэтому требуется дифференциальный усилитель (рис. 3). Современные технологии позволяют ввести в состав ИМС датчиков магнитного поля сложные цифровые системы обработки информации. Примером такой ИМС может служить HAL805 фирмы Micronas Intermetall, содержащий на кристалле в трёхвыводном корпусе ТО92 АЦП, ЦАП, ЦПС и энергонезависимую память.

Рис. 4 Логический датчик Холла

Такая структура позволяет программировать чувствительность и смещение датчика, осуществлять фильтрацию помех и механических возмущений. Вторая группа включает в себя микросхемы компараторного типа с логическими уровнями напряжения на выходе. Эта группа более многочисленна в силу большего числа возможных применений. Микросхемы с логическим выходом (рис. 4а) делятся на две подгруппы: переключатели и триггеры. Униполярный переключатель срабатывает только при наличии магнитного поля одной полярности и гарантирует выключенное состояние в отсутствие магнитного поля; магнитное поле противоположной полярности не оказывает на него никакого влияния (см. рис. 4б). Биполярный триггер, напротив, реагирует на обе полярности: включается при приближении северного или южного полюсов магнита и выключается только в том случае, если поле с противоположным знаком достигнет определенного уровня. Термин «биполярный переключатель» обычно применяется к триггерам, реагирующим на пропадание поля.

Такие переключатели переходят во включённое состояние при наличии магнитного поля, а выключаются при снижении уровня той же полярности, отсутствии поля, или в присутствии поля с противоположным знаком (см. рис. 4в). Наличие ступени гистерезиса, которая является разностью между величинами магнитного поля в точках включения и выключения, повышает помехозащищенность устройства. Логический двухвыводной датчик Холла HAL556 производит фирма Micronas Intermetall. Эта микросхема (рис. 5) потребляет большой ток при приближении положительного полюса магнита к маркированной стороне корпуса и малый ток при удалении. HAL566 реализует обратные функции. Микросхемы имеют встроенную систему, увеличивающую напряжение, приложенное непосредственно к кристаллу датчика Холла, с тем чтобы сделать возможным применение недорогих постоянных магнитов, имеющих сравнительно малую коэрцитивную силу.

Рис.5 Двухвыводный логический датчик HAL556 обеспечивает изменение
протекающего через него тока при изменении уровня магнитного поля

. ..дальше

Принцип действия датчика Холла
Интегральные датчики Холла
Применение датчиков Холла
Основные характеристики датчиков Холла

Датчик Холла. Hall Trigger | Диагностика двигателя

Датчики положения / частоты вращения на эффекте Холла применяются для определения частоты вращения и / или положения распределительного вала, коленчатого вала двигателя, что необходимо для синхронизации системы зажигания и впрыска топлива, а также применяются для измерения скорости движения автомобиля, что необходимо для управления режимом холостого хода двигателя.

Датчик Холла Описание

На бензиновых двигателях оборудованных классической системой зажигания датчик Холла установлен в корпусе распределителя зажигания.

На валу распределителя зажигания закреплены шторки из ферромагнитного материала, вращающиеся вместе с валом. Количество шторок равно количеству цилиндров двигателя (встречаются системы зажигания с одной шторкой в распределителе зажигания, дополнительно оборудованные датчиком положения / частоты вращения коленчатого вала). Выходной сигнал датчика Холла может принимать один из двух уровней – высокий или низкий и зависит от наличия / отсутствия шторки в магнитном зазоре датчика. При отсутствии шторки в магнитном зазоре датчика, напряжение выходного сигнала датчика соответствует низкому уровню – не более 0,2 V. При прохождении шторки через магнитный зазор датчика, напряжение выходного сигнала датчика соответствует высокому уровню. Значение напряжения высокого уровня определяется поступающим на датчик опор. напряжением. Датчик генерирует синхроимпульсы синхронно прохождению шторок через магнитный зазор датчика. Форма осциллограммы напряжения выходного сигнала датчика Холла близка к меандру. Частота следования синхроимпульсов пропорциональна частоте вращения вала с ферромагнитными шторками.

Осциллограмма напряжения выходного сигнала исправного датчика Холла, встроенного в распределитель зажигания 4-х цилиндрового двигателя при 960 RPM.
При повышении частоты вращения двигателя, частота следования синхроимпульсов также увеличивается.

Осциллограмма напряжения выходного сигнала исправного датчика Холла, встроенного в распределитель зажигания 4-х цилиндрового двигателя при 2 880 RPM.
При проведении диагностики датчика Холла по осциллограмме напряжения выходного сигнала, наиболее важными участками синхроимпульсов являются низкий уровень синхроимпульса и его фронты. Форма осциллограммы высокого уровня синхроимпульса определяется качеством стабилизации опор. напряжения, подаваемого на вывод 0 датчика от блока управления двигателем или от коммутатора и при проведении диагностики датчика интереса не представляет. Встречаются самые разные значения опор. напряжения сигнала датчика Холла, но чаще всего встречаются значения 5 V, 8 V, 12 V. В последнем случае, подводимое к датчику опор. напряжение не стабилизировано вовсе, из-за чего форма осциллограммы высокого уровня синхроимпульса в таком случае может иметь значительные искажения, что не является неисправностью.

Проверка выходного сигнала датчика холла.

Для просмотра осциллограммы напряжения выходного сигнала датчика Холла, разъём осциллографического щупа должен быть подключен к аналоговому входу № 1 USB Autoscope II, чёрный зажим типа «крокодил» осциллографического щупа должен быть подсоединён к «массе» двигателя диагностируемого автомобиля, пробник щупа должен быть подсоединён параллельно сигнальному выводу датчика (клемма 0 разъёма датчика).

Схема подключения к датчику Холла.

1. – точка подключения чёрного зажима типа «крокодил» осциллографического щупа;
2. – точка подключения пробника осциллографического щупа.

В окне программы «USB Осциллограф», необходимо выбрать подходящий режим отображения, в данном случае «Управление => Загрузить настройки пользователя => Hall». После подсоединения осциллографического щупа и выбора режима отображения осциллограмм «Hall» необходимо запустить двигатель диагностируемого автомобиля, а в случае, если запуск двигателя невозможен, прокрутить двигатель стартером.

В случае необходимости, осциллограмму можно записать. Для записи осциллограммы, в окне программы «USB Осциллограф», необходимо выбрать «Управление => Запись». Для остановки записи осциллограммы, в окне программы «USB Осциллограф», необходимо выбрать «Управление => Запись». После завершения записи, записанную осциллограмму можно детально изучить.

Типовые неисправности датчика холла

Если сигнал от датчика положения коленчатого вала поступает, но параметры выходного сигнала при этом имеют отклонения от нормальных, это может привести к подёргиваниям двигателя, провалам, затруднённому пуску двигателя или невозможности запуска двигателя. В случае ослабления крепежа, датчик может несколько сместиться относительно своего нормального положения, что может привести к механическому повреждению датчика вращающимися шторками. Значительное механическое повреждение может привести к неработоспособности датчика. Запуск двигателя становится невозможным в случае, если при прокрутке стартером двигателя, оборудованного классической системой зажигания, от датчика Холла не поступают синхроимпульсы. Вследствие сильного перегрева, из-за дефекта при изготовлении либо из-за кратковременного замыкания сигнального вывода датчика на цепи питания, выходной ключ датчика Холла может «подгореть». Исправный датчик Холла должен обеспечивать значение напряжения низкого уровня выходного сигнала не выше 0,2 V. В случае «подгорания» выходного ключа датчика Холла, возникает зависимость значения напряжения низкого уровня выходного сигнала датчика от температуры корпуса датчика. В таком случае, пока двигатель холодный, датчик может вполне исправно работать. Но когда корпус датчика нагреваться от деталей работающего двигателя до определённой температуры, двигатель внезапно глохнет. Пуск двигателя в таком случае становится невозможным до тех пор, пока корпус датчика Холла не остынет на несколько градусов. На экране осциллографа дефект выходного ключа датчика Холла становится заметен сразу после начала роста температуры его корпуса и проявляется как постепенное увеличение значения напряжения низкого уровня выходного сигнала датчика.

Осциллограмма напряжения выходного сигнала неисправного датчика Холла, выходной ключ которого не обеспечивает должного значения напряжения низкого уровня. В данном случае, значение напряжения низкого уровня выходного сигнала датчика равно 1,1 V. Выходной сигнал датчика Холла становится «невидимым» для блока управления двигателем (коммутатора) после того, как с ростом температуры корпуса датчика, напряжение низкого уровня сигнала увеличивается до критически высокого значения. Это значение зависит от особенностей устройства входных цепей сигнала от датчика Холла в блоке управления двигателем (коммутаторе) и может быть равным 0,25…3,5 V. Неисправности предвыходного каскада электронной схемы датчика Холла могут вызвать «завал» фронтов синхроимпульсов выходного сигнала датчика

Осциллограмма напряжения выходного сигнала неисправного датчика Холла, предвыходной каскад которого не обеспечивает должной крутизны фронтов синхроимпульсов. В случае «завала» фронтов синхроимпульсов выходного сигнала датчика Холла, пуск двигателя может быть несколько затруднён, работа двигателя может значительно ухудшиться из-за изменения угла опережения зажигания, максимальная частота вращения двигателя может быть сильно ограниченной.

Датчик скорости движения автомобиля.

Датчик скорости движения автомобиля устанавливается на коробке переключения передач.

Датчик генерирует постоянное число импульсов за каждый оборот колеса автомобиля, что позволяет блоку управления двигателем рассчитать текущую скорость движения автомобиля. Сигнал от датчик скорости движения автомобиля служит для управления режимом холостого хода двигателя, а в некоторых моделях и для отображения на спидометре текущей скорости движения автомобиля. Кроме перечисленных неполадок датчика Холла, случаются поломки вала датчика скорости движения автомобиля из-за чего сигнал от датчика не поступает. В случае поломки датчика скорости движения автомобиля, возможна неустойчивая работа двигателя на холостом ходу при движении автомобиля, при переключении передач двигатель может глохнуть.

Датчик положения распределительного вала (датчик фаз)Camshaft Position Sensor.

Датчик положения распределительного вала двигателя позволяет блоку управления двигателем определить верхнюю мёртвую точку в конце такта сжатия первого цилиндра, что необходимо для синхронизации работы системы зажигания и подачи топлива с рабочим процессом двигателя.

Датчик генерирует один синхроимпульс за полный цикл работы двигателя (два полных оборота коленчатого вала). Это позволяет осуществить фазированный впрыск топлива – каждая форсунка впрыскивает топливо только один раз за два оборота коленчатого вала, за счёт чего улучшается точность дозирования подачи топлива и качество смесеобразования.

Использование ратиометрических датчиков Холла

Автор: Льюис Лофлин

Рационометрический датчик Холла выдает аналоговое напряжение, пропорциональное напряженности магнитного поля. Здесь я буду использовать устройства UGN3503 и Texas Instruments TL173C.

Оба являются однополярными устройствами, одно работает на 5 вольт, а другое на 12 вольт соответственно. Без магнитного поля выходное напряжение составляет примерно половину напряжения питания.

Напряжение будет увеличиваться с южным магнитным полюсом на лице или уменьшаться с северным магнитным полюсом на лице.

• Видео с эффектом Холла на YouTube
Базовые датчики Холла
• YouTube
• Цепи датчика Холла YouTube

Рационометрический датчик Холла демонстрируется в последней трети приведенного выше видео.

Спецификации в формате PDF: TL173C и UGN3503.

На изображении выше показаны типичные выводы трехвыводных датчиков Холла. Рационометрический датчик вместо включения или выключения выдает напряжение от почти нуля до почти VCC, пропорциональное силе магнитного поля и магнитной полярности.

Рассмотрение магнитов

Магнитное поле, обычно создаваемое магнитами из редкоземельных металлов, может превышать 1,4 тесла, тогда как ферритовые или керамические магниты обычно имеют поля от 0,5 до 1 тесла. Тесла назван в честь изобретателя, физика и инженера-электрика Николая Теслы. Меньшей единицей магнитного поля является гаусс (1 тесла = 10 000 гаусс):

10 ^-9 — 10 ^-8 гаусс: магнитное поле человеческого мозга;
0,31–0,58 Гс: магнитное поле Земли на ее поверхности;
25 Гс: магнитное поле Земли в ее ядре;
50 Гс: обычный магнит на холодильник;
100 Гс: небольшой железный магнит;
2000 Гс: небольшой неодим-железо-бор (NIB) магнит;
15 000–30 000 Гс: медицинский электромагнит для магнитно-резонансной томографии.

Выше арт. Вики. Чтобы узнать больше о редкоземельных магнитах в целом, посетите сайт www.rare-earth-magnets.com. Магниты можно складывать друг на друга (от N до S), чтобы получить более мощный магнит.

Рассмотрим характеристики датчика Холла Texas Instruments TL173C. При нулевом гаусс на выходе 6 вольт. При 50 мТл (1/1000 Тесла = 10 Гс или всего 500 Гс) выходное напряжение составляет 7 вольт. То есть на южном полюсе магнита. При 50 мТл. (500 Гс) выходное напряжение 5 вольт с северным полюсом.

Обратите внимание, что в традиционной теории магнитный поток течет с севера на юг. Положительный отдает юг, отрицательный — север. Таким образом, -50 мТл — это -500 Гс северной полярности.

Мы также можем использовать электромагниты.

Мы можем использовать приведенную выше схему для считывания выходного сигнала датчика. Показание напряжения даст нам представление о полярности и силе магнита. Это открывает двери для ряда интересных применений этих датчиков. Давайте посмотрим на несколько.

Калиброванное линейное устройство Холла в этом примере будет измерять ток в проводе. Чем выше ток, тем сильнее магнитное поле и, следовательно, выше выходное напряжение.

Использование компаратора

На изображении выше мы подключили датчик к LM358, используемому в качестве разностного усилителя, питающего компаратор LM311. Мы можем настроить потенциометры, чтобы установить точку срабатывания на выходе. В отличие от стандартного переключателя на эффекте Холла мы можем изменять чувствительность. LM311 имеет выход с открытым коллектором и может управлять любым количеством небольших реле, оптопар и т.д.

См. также информацию о компараторе напряжения и схемах

Схема также будет работать при напряжении 5 вольт как есть, но вместо этого используется датчик UGN3503 или другой 5-вольтовый датчик. В случае с UGN3503 отключите его от 5-вольтового и при желании используйте 6-вольтовый для большей чувствительности.

Внутри типичного трехконтактного логометрического датчика Холла.

• Цепи датчика Холла 2022
Датчики Холла
• с компаратором LM311

• Датчик Холла переменного тока
• Использование переключателей и датчиков на эффекте Холла
• Использование ратиометрических датчиков Холла
Датчики Холла
• с Arduino

• Видео с эффектом Холла на YouTube
Базовые датчики Холла
• YouTube
• Цепи датчика Холла YouTube

• Веб-мастер
• Список электронных проектов Льюиса Лофлина
• Хобби-электроника
• Электронная почта

• Быстрая навигация по этому сайту:
• Базовое обучение электронике и проекты
• Основные проекты твердотельных компонентов
• Проекты микроконтроллеров Arduino
• Электроника Raspberry Pi, Программирование

• Спец. листы все формат PDF:
• UGN3013 Датчик Холла (файл PDF)
• TL173C 12-вольтовый ратиометрический датчик Холла
• UGN3503 5-вольтовый ратиометрический датчик Холла
• Защелка Холла Honeywell SS466

Веб-сайт Copyright Lewis Loflin, Все права защищены.
Если вы используете этот материал на другом сайте, укажите ссылку на мой сайт.

 

Датчик Холла | Датчик Холла

Содержание

Введение-

Наиболее распространенной технологией в теории электромагнитного поля для обнаружения магнитного поля является метод эффекта Холла среди различных технологий измерения. На основе принципа эффекта Холла существует множество датчиков и преобразователей на эффекте Холла, используемых в самых разных областях измерения, которые чаще всего используются для определения близости, расстояния, скорости, силы тока, положения и т. д.

हिंदी में पढ़े

A Датчик Холла (или просто называемый Датчик Холла ) — это устройство, которое обнаруживает магнитное поле и вокруг него, используя принцип Холла. Датчики Холла в основном представляют собой магнитные датчики, которые предназначены для реагирования на широкий диапазон положительных и отрицательных магнитных полей в различных приложениях. Поскольку магнитное поле имеет две важные характеристики, плотность магнитного потока (B) и полярности (положение N или S полюс), выходное напряжение датчика Холла прямо пропорционально напряженности магнитного поля (B). Здесь генерируемое напряжение является поперечным и называется Напряжение Холла (V _H ).

Типичная схема датчика Холла показана ниже:

Принцип работы датчика Холла полупроводник помещается в перпендикулярное магнитное поле, создается или измеряется поперечное напряжение под прямым углом к ​​пути тока. Этот эффект получения измеримого напряжения на материале известен как эффект Холла. И это поперечное напряжение обозначается как Напряжение Холла . Чтобы объяснить лежащую в основе теории, ниже показана диаграмма:

 

Когда элемент Холла/датчик Холла подключен к цепи, содержащей источник постоянного тока, начинает течь ток, и носители заряда следуют приблизительно по прямой линии достопримечательность’. Для обнаружения физических величин, таких как положение, скорость, сила тока, температура и т. д., используется магнитная система для преобразования физических величин в изменение магнитного поля. При изменении магнитного поля, составляющего перпендикулярно протекающему току, магнитное поле носителей заряда искажается. Это приводит к нарушению прямого потока носителей заряда. Таким образом, возникает сила Лоренца, перпендикулярная как траектории «линии зрения», так и приложенному магнитному полю. Это создает электрическое поле, которое противодействует миграции дополнительных носителей заряда, и поэтому устанавливается устойчивый электрический потенциал в результате протекания заряда в течение более длительного времени. это называется Напряжение Холла (V _H ) .

Формула напряжения зала —

Напряжение зала (v _H ), что выводится, что является на

4167). датчика или преобразователя прямо пропорциональна силе магнитного поля. Таким образом, датчик на эффекте Холла можно использовать для измерения напряженности магнитного поля.

Цепь датчика Холла

В основном датчик Холла преобразует магнитное поле в электрический сигнал. Существуют различные типы интегральных схем датчика Холла для различных приложений, таких как обнаружение движения, положения, скорости, изменения напряженности поля электромагнита, постоянного магнита или ферромагнитного материала и т. д. Датчик Холла также может использоваться для переключателей. . Блок-схема датчика Холла указана ниже:

Принципиальная схема для Датчик Холла IC 3144 показан ниже-

Типы датчиков Холла

В зависимости от типа выходного сигнала датчика Холла существует две категории-

4 Линейный 1
• 90
• Цифровой датчик Холла

Линейные датчики Холла в основном представляют собой аналоговые датчики Холла. Здесь выход датчика холла аналоговый и пропорциональный напряженности магнитного поля (В). Таким образом, аналоговый сигнал (выходной сигнал) увеличивается с более сильным магнитным полем и уменьшается, когда магнитное поле ослабевает.

Цифровые датчики Холла в основном обеспечивают цифровой выходной сигнал в ответ на изменение магнитного поля путем преобразования напряжения Холла в цифровую форму. Они используют схемы триггера Шмитта как бистабильную схему, которая постоянно увеличивает и уменьшает выходной сигнал, когда напряжение возрастает и падает до его пороговых значений. Цифровые датчики Холла можно использовать для контроля скорости, обнаружения приближения, подсчета объектов, а также для широкого спектра коммутационных приложений и т. д. Схема цифрового датчика Холла показана ниже.0003

 

Датчик Холла-

Датчик Холла — это устройство, использующее калиброванный датчик Холла для измерения напряженности магнитного поля. Вот почему результат датчика Холла зависит как от ориентации, так и от положения датчика.

Ключевым фактором, определяющим чувствительность датчиков Холла, является более высокая подвижность электронов. Существует несколько материалов, которые особенно подходят для датчиков Холла, как показано ниже.0003

• Арсенид галлия (GaAs)
• Арсенид индия (InAs)
• Фосфид индия (InP)
• Антимонид индия (InSb)
• Графен

Датчики Холла

• В технологии BLDC (бесщеточный постоянный ток) используется
• В моторе BLDC (вентилятор BLDC)
• для двигателя внутреннего сгорания опережения зажигания
• в мобильных телефонах и планшетах
• В датчиках оборотов, таких как тахометры
• В энкодерах
• В антиблокировочных тормозных системах (в автомобильной промышленности)
• В приложении переключения
• Датчики положения и приближения
• Датчики тока
• В компьютерах в качестве датчиков индекса дисковода, в клавиатурах.