Микросхема датчик холла

Современные датчики обладают, обычно, щелевой конструкцией. На одной стороне щели располагается проводник, по нему пропускают электрически ток, а на другой стороне расположен постоянный магнит. Когда ток попадает в магнитном поле, на него действует сила Лоренца, если при этом в магнитное поле находиться тонкая пластинка, то на ее сторонах появиться разность потенциалов.

В зазоре между пластинкой и магнитом расположен экран. Он предназначен для замыкания силовых линий. Если его убрать, то разность потенциалов с металлической пластины будет, сниматься. Если экран расположен в зазоре, то силовые линии замкнуться через него. Ну а при прохождении экрана (в его роли часто используется – лопасть ротора) через зазор, индукция будет нулевая на микросхеме, а напряжение сгенерируется на выходе устройства.

Принцип работы позволяет применять эту конст=рукцию в виде регистрирующего устройства без механического контакта с механизмом в движении, что увеличивает срок эксплуатации по сравнению с другими похожими, но работающих на других принципах преобразователях.

Учитывая возможности современной электроники датчики Холла бывают: цифровые и аналоговые. Обычные преобразователи (аналоговые) изменяют индукцию поля. От полярности и силы магнитного поля зависит величина, которую выдает преобразователь.

Цифровые датчики отличаются полным отсутствием магнитного поля. Его принцип работы состоит в том, что датчик выдает логическую единицу, когда индукция достигает пороговой величины, а ноль, когда установленный номинал не достигнут. Большим минусом цифрового преобразователя считается его низкой чувствительность.

В качестве примера использования, на картинке ниже показана электрическая цепь бесконтактной системы зажигания автомобиля, с преобразователем Холла.

Преобразователи Холла получили широкое распространение в авиации, машиностроение, и в автомобильной электрике. Все это, благодаря высоким показателям надежности и точности, ну и достаточно низкой стоимости. В автомобиле датчик используется для контроля за положением различных узлов и механизмов.

В авиации используется возможность ориентироваться на полюса на северный и южный, поэтому его все еще используют как датчик скорости или направления движения, несмотря на GPS и Глонасс.

Эту схему можно использовать в масленых обогревателях. В случае их случайного опрокидывания датчик сформирует сигнал на отключение последнего.

Питается схема от бестрансформаторного блока питания. Выходное напряжение стабилизируется с помощью стабилитрона VD3, переменная составляющая отфильтровывается емкостью С3. Напряжение номиналом около 5 вольт поступает на первую ножку преобразователя. Когда магнит находится рядом с датчиком, его магнитное поле оказывает воздействие на преобразователь и на его третьем выходе присутствует напряжение близкое к питающему. Светодиод HL1 загорается и оптотиристор оптрона U1 открыт, что приводит к отпиранию симистора VS1 и подключению тэна обогревателя к сети переменного напряжения 220В. В случае наклона корпуса начинает поворачиваться маятник (Фото 2 3)на оси 1. На маятнике закреплен кусочек магнитной резины, от старого вентилятора (см. Фото 1). Ось с маятником закреплена на плате со стороны радиокомпонентов. Что бы маятник не слетел с оси, на его конец надеты несколько шайб, а наружная шайба припаяна.

Как только магнит отходит от датчика, магнитный поток от магнита ослабевает и в определенном положении на выходе три преобразователя напряжение будет почти нулевое. Светодиод потухнет, оптосимистор и мощный симистор закроются. Обогреватель отключится от сети. Если вернуть обогреватель в вертикальное положение, то обогреватель снова включится.

Импульсный преобразователь скорости и направления вращения преобразует величины скорость и направление вращения деталей механизма в общий электрический сигнал для последующей передачи, измерения и отображения параметров работы. Системы автоматики могут применять преобразователь для включения в петлю обратной связи. Информация, следующая от датчика, требуется для формирования сигналов в системах регулировки и стабилизации параметров перемещения различных механических узлов объекта. Применения такого преобразователя требует осуществлять контроль оборотов выходных валов редукторов, определение направления вращения от двух и выше механизмов, учет расхода жидкости и многие подобные приборы. Информация с преобразователя передается по трем проводам, с помощью которых поступает питание и идет сигнал частоты и направления вращения в фиксирующий прибор системы автоматического контроля и управления. Преобразователь может использоваться в системах автоматизации, транспортных системах и т.п.

В основе работы схемы лежит преобразование перемещения в сигнал которое выполняет микросхема с эффектом Холла SS526DT. Микросборка содержит два полупроводниковых элемента, генерирующих разность потенциалов при попадании в магнитное поле. Она позволяет вычислить скорость и направление вращения. Информация идет в схему датчика с двух выходов микросборки в цифровом виде: скорость движения соответствует частоте следования импульсов с выхода Speed, направлению соответствует логический уровень сигнала на выходе Direction.

Упрощенная конструкция датчика скорости и направления вращения.

Вращательное перемещение воспринимает вал преобразователя через зафиксированную на нем шестеренку. На валу имеется диск, в котором имеются постоянные магниты. Установлены магниты так, что их полюса чередуются для правильной работы микросборки SS526DT. Чем больше магнитов на диске, тем лучше дискретность и, поэтому, увеличивается возможность регистрации низкоскоростных перемещений. SS526DT монтируется на печатной плате, соединенной проводами с основной схемой преобразователя, элементы которой размещены на второй печатной плате.

С выхода направления следует сигнал, передающий данные о скорости оборотов за счет частоты импульсов, а данные о направлении вращения передается с помощью полярности импульсов.

Т.к в схеме имеется источника двуполярного напряжения питания выходной сигнал размахом пять вольт может иметь как отрицательную, так и положительную полярность.

Схема преобразует сигнал идущий от датчика Холла в выходной сигнал датчика скорости и направления вращения, обеспечивает нормальную нагрузочную способность по току. Для снижения вероятных помех, оказывающих воздействие на кабель импульсного датчика, сопротивление приёмника сигнала должно быть достаточно низким. Питание преобразователя осуществляется по двум проводам. Третий применяется для передачи информационного сигнала, полярность которого меняется относительно общего провода питания. Датчик Холла генерирует сигнал, передающий информацию о направлении вращения, упровляющий переключателем К1. В зависимости от уровня сигнала К1 подает К2 положительный или отрицательный уровень напряжение. Сигнал скорости управляет переключателем К2. Частота сигнала скорость, формируется К2, соответствует половине магнитов, расположенных на диске датчика.

Логические элементы усиливают сигнал направление, идущий от датчика Холла. Другие элементы управляют светодиодами оптронов, один из которых срабатывает на замыкание, а другой на размыкание. При нулевом логическом уровне сигнала Направление светодиоды оптронов не горят. Поэтому замкнуты контакты оптрона на размыкание, на контакты оптрона сигнала Скорость поступает + 5 вольт от встроенного двухполярного ИБП. При логической единице сигнал Направление через светодиоды оптронов заставляет срабатывать соответствующие цепи, выходной оптрон подключается к -5 вольт. Сигнал Скорость через усиливающий элемент следует на управление выходным оптроном. Под действием сигнала скорость с выхода преобразователя следуют импульсы, полярность которых задается сигналом Направление. Использование оптрона на выходе преобразователя дает возможность увеличить нагрузочную способность, что позволяет передавать сигнал с большим током для повышения уровня помехоустойчивости.

Для увеличения уровня помехозащищенности параллельно светодиодам рекомендуется подсоединить резисторы, увеличивающие ток, идущий по проводу “Скорость/направление”.

Сигнал Направление идет с выхода D микросборки с эффектом Холла, DA2. Единичный логический уровень Направление преобразуется инвертором DD1, в низкий на выводе 12. Светодиод VK1.2 пработает при появлении единичного логического уровня на десятом выводе DD1. Одновременно с этим блокируется работа светодиода оптрона VK1.1, так как на анод светодиода поступает напряжение нулевого логического уровня. Благодаря соединению светодиодов оптронов с логическим элементом сигнал Направление устанавливает, через какой из оптронов будет идти сигнал, с вывода 10 DD1. Сигнал скорости оборотов следует с выхода S DA2 на вход инвертора DD1. Высокий уровень импульсов, идет с вывода 10 микросхемы DD1, заставляет течь ток через сопротивление R4 и светодиод VK1.2. Функции оптронов разделяются: оптрон VK1.1 генерирует сигнал положительной полярности на третьем контакте клеммы XT1, VK1.2 – отрицательной. В схему преобразователя входит источник питания, преобразующий однополярное напряжение питания в двухполярное питание. Емкостисглаживают помехи, снижая их влияние на формирование выходного сигнала. Сопротивления R1, R2 задают выходной ток импульсного датчика. Их номинал можно перераспределить в зависимости от входной цепи приёмника для их согласования. Схема использует один сдвоенный оптрон VK1, что экономит площадь печатной платы и сформировать сигналы Скорость и Направление вращения, используя один радиоэлемент.

Датчик Холла

Датчик дождя, датчик уровня жидкости, датчик температуры – он же термометр. Вроде бы все ясно: датчик дождя показывает наличие дождя, датчик уровня жидкости показывает, как ни странно, уровень жидкости; термометр – от греч. – тепло и измерять, показывает температуру. Но вот что за странное название: датчик Холла?

С чего все начиналось

Дело было еще в 19-ом веке. Американский физик Эдвин Холл обнаружил очень странную вещь… Он взял пластинку золота и стал пропускать через неё постоянный ток. На рисунке эту пластинку я отметил с гранями ABCD.

Так вот, когда он пропускал постоянный ток через грани D и B, поднес перпендикулярно пластинке постоянный магнит и знаете что обнаружил? Разность потенциалов на гранях А и C! Или проще сказать, напряжение. Этот эффект и назвали в честь этого ученого.

Как только он сделали это открытие, вскоре стали делать радиоэлементы на этом эффекте. Чтобы не заморачиваться с названием, назвали в честь того, кто открыл этот эффект – в честь Холла. Поэтому радиоэлементы, основанные на эффекте Холла, называют датчиками Холла.

Линейные датчики Холла

О чего же зависит напряжение на гранях А и С? В основном от магнитного поля, создаваемым либо постоянным магнитом, либо электромагнитом; толщиной пластинки, а также силой тока, протекающего через саму пластинку. Благодаря этим параметрам с помощью датчика Холла были построены приборы, позволяющие замерять силу тока в проводнике, не касаясь самого проводоа, например, токовые клещи

а также приборы, с помощью которых можно замерять напряженность магнитного поля. Датчики Холла, используемые в этих приборах называют линейными, так как напряжение на датчике Холла прямо пропорционально измеряемым параметрам магнитного поля.

Линейные датчики, как я уже сказал, могут быть использованы в токовых клещах. Они позволяют измерять силу тока, начиная от 250 мА и до нескольких тысяч Ампер. Самым большим преимуществом в таких токовых клещах является отсутствие механического контакта с измеряемой цепью. Иными словами, токовые измерители на эффекте Холла намного безопаснее, чем измерители на основе шунта и амперметра, особенно при большой силе тока в цепи, которую нередко можно встретить в промышленных установках.

Цифровые датчики Холла

Разработчики на этом не остановились. Как только наступила эра цифровой элек троники в один корпус вместе с датчиком Холла стали помещать различные логические элементы. Выглядит все это примерно вот так:

В результате промышленность стала выпускать датчики Холла для цифровой электроники. В основном такие датчики делятся на три вида:

Униполярные. Реагируют только на один магнитный полюс. На противоположный магнитный полюс не обращают никакого внимания. То есть подносим например южный полюс магнита, датчик сработал. На северный магнитный полюс ему наплевать.

Биполярные. Здесь уже интереснее. Подносим магнит одним полюсом – датчик сработал и продолжает работать даже тогда, когда мы убираем магнит от датчика. Для того, чтобы его выключить, нам надо подать на него другую полярность магнита.

Омниполярные. Этим датчикам по барабану на какой полюс включаться и выключаться. Пусть будет хоть южный или северный.

Как проверить датчик Холла

Давайте рассмотрим работу цифрового биполярного датчика Холла марки SS41. Выглядит наш подопечный вот так:

А вот здесь можно скачать даташит на этот датчик: (нажмите сюда). Итак, на первую ножку подаем плюс, на вторую – минус, а с третьей ножки уже снимаем сигнал логической единицы или нуля.

Для этого давайте соберем простейшую схемку: простой светодиод на 3 Вольта, токоограничительный резистор на 1КилоОм и, конечно же, сам датчик Холла.

Теперь цепляемся к нашей схеме от Блока питания, выставив на нем 5 Вольт. Минус на средний вывод, а плюс – на первый.

У меня под рукой оказался вот такой магнитик:

Чтобы не перепутать полюса, я пометил бумажным ценником один из полюсов магнита. Какой именно – я не знаю, так как не имею компаса, с помощью которого можно было бы узнать северный и южный полюс.

Как только я поднес магнит “красным” полюсом к датчику холла, то у меня светодиод сразу перестал гореть

Переворачиваю магнит другим полюсом и вуаля!

Если магнитик не переворачивать, то есть не менять полюса, то у нас светодиод также останется потухшим, потому как датчик у нас биполярный.

А вот и видео работы

Как вы видите на видео, мы с помощью магнита управляем датчиком Холла. Датчик Холла выдает нам два состояния сигнала: сигнал есть – единичка, сигнала нет – ноль. То есть светодиод горит – единичка, светодиод потух – ноль. Поэтому датчики Холла с логическими элементами в одном корпусе очень полюбила цифровая электроника. Их можно подцепить к микроконтроллерам и другим логическим элементам.

Применение датчиков Холла

В настоящее время область применения датчиков Холла очень обширна и с каждым годом становится все шире и шире. Вот основные применения:

Применение линейных датчиков Холла

• датчики тока
• тахометры
• датчики вибрации
• детекторы ферромагнетиков
• датчики угла поворота
• бесконтактные потенциометры
• бесколлекторные двигатели постоянного тока
• датчики расхода
• датчики положения

Применение цифровых датчиков Холла

• датчики частоты вращения
• устройства синхронизации
• датчики систем зажигания автомобилей
• датчики положения
• счетчики импульсов
• датчики положения клапанов
• блокировка дверей
• измерители расхода
• бесконтактные реле
• детекторы приближения
• датчики бумаги (в принтерах)

Заключение

Чем же так хороши датчики Холла? Если соблюдать нормальные рабочие значения напряжения и тока, то теоретически датчика хватит на бесконечное число включений-выключений. Там нет электромеханического контакта, который бы изнашивался, в отличие от геркона и электромагнитного реле. Используйте на здоровье датчики Холла в своих электронных устройствах.

Что такое датчики Холла, принцип работы, типы, применение, преимущества и недостатки

В статье узнаете, что такое датчик Холла, принцип работы, его типы, применение в промышленности, преимущества и недостатки.

Датчики Холла широко используются в различных областях. В этом посте мы расскажем о том, как они работают, их типах, приложениях, преимуществах и недостатках.

Что такое датчик Холла

Магнитные датчики — это твердотельные устройства, которые генерируют электрические сигналы, пропорциональные приложенному к нему магнитному полю. Эти электрические сигналы затем дополнительно обрабатываются специальной электронной схемой пользователя для получения желаемого выхода.

В наши дни эти магнитные датчики способны реагировать на широкий спектр магнитных полей. Одним из таких устройств является датчик Холла, выход которого (напряжение) зависит от плотности магнитного поля.

Внешнее магнитное поле используется для активации этих датчиков эффекта Холла. Отслеживаемый магнитный поток фиксируется датчиком, когда его плотность за пределы определенного порога. При обнаружении датчик генерирует выходное напряжение, которое также известно как напряжение Холла.

Эти измерительные элементы пользуются большим спросом и имеют очень широкое применение, например датчики приближения, переключатели, датчики скорости вращения колес, датчики положения и т. д.

Купить датчик вы можете в популярном китайском интернет магазине «АлиЭкспресс». Брали оттуда, все рабочие, советуем.

Принцип работы датчика Холла

Датчик Холла основан на принципе Холла. Этот принцип гласит, что когда проводник или полупроводник с током, текущим в одном направлении, вводится перпендикулярно магнитному полю, напряжение может измеряться под прямым углом к пути тока.

Как работает датчик Холла

Работа датчика Холла описана ниже:

• Когда электрический ток проходит через датчик, электроны движутся по нему по прямой линии.
• Когда на датчик воздействует внешнее магнитное поле, сила Лоренца отклоняет носители заряда, следуя изогнутой траектории.
• Из-за этого отрицательно заряженные частицы — электроны — будут отклоняться к одной стороне датчика, а положительно заряженные дырки — к другой.
• Из-за этого накопления электронов и дырок на разных сторонах пластины напряжение (разность потенциалов) может наблюдаться между сторонами пластины. Полученное напряжение прямо пропорционально электрическому току и напряженности магнитного поля.

Типы датчиков Холла

Датчики эффекта Холла можно разделить на два типа:

• на основании вывода;
• на основании операции.

На основе результатов

На основе выходных данных датчики Холла можно разделить по типу выхода:

Датчики Холла с аналоговым выходом

Датчики Холла с аналоговым выходом содержат регулятор напряжения, элемент Холла и усилитель. Как следует из названия, выход такого типа датчика является аналоговым по своей природе и пропорционален напряженности магнитного поля и выходу элемента Холла.

Эти измерительные элементы имеют непрерывный линейный выход. Благодаря такому свойству они подходят для использования в качестве датчиков приближения.

Датчики Холла с цифровым выходом

Датчики эффекта Холла с цифровым выходом имеют только два выхода: «вкл.» и «выкл.». Эти датчики имеют дополнительный элемент — «триггер Шмитта», отличаясь этим от датчиков Холла с аналоговым выходом.

Именно триггер Шмитта вызывает эффект гистерезиса, и поэтому достигаются два различных пороговых уровня. Соответственно, выход всей цепи будет либо низким, либо высоким.

Переключатель эффекта Холла — один из таких датчиков. Эти датчики цифрового вывода широко используются в качестве концевых выключателей в станках с ЧПУ, трехмерных (3D) принтерах и позиционных блокировках в автоматизированных системах.

На основе операции

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

Биполярный датчик Холла

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

Униполярный датчик Холла

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

Применение датчика Холла

Приложения датчиков Холла были представлены в двух категориях для простоты понимания.

• применение аналоговых датчиков Холла;
• применение цифровых датчиков Холла.

Применение аналоговых датчиков Холла

Аналоговые датчики с эффектом Холла используются:

• для измерения постоянного тока в токоизмерительных клещах (также известных как Tong Testers);
• определения скорости вращения колеса для антиблокировочной тормозной системы (ABS);
• устройства управления двигателем для защиты и индикации;
• определения наличия питания;
• зондирования движения;
• измерения скорости потока;
• в качестве датчика давления в мембранном манометре;
• выявления вибрации;
• обнаружения черного металла в детекторах черного металла;
• регулирования напряжения.

Применение цифровых датчиков Холла

Цифровые датчики эффекта Холла используются:

• для определения углового положения коленчатого вала для угла зажигания свечей зажигания;
• выяснения положения автомобильных сидений и ремней безопасности для контроля подушек безопасности;
• беспроводной связи;
• определения давления;
• в качестве сенсора приближения;
• фиксации скорости потока;
• выяснения позиции клапанов;
• контроля положения объектива.

Преимущества датчиков Холла

Датчики эффекта Холла имеют следующие преимущества:

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

Недостатки датчиков Холла

Датчики эффекта Холла имеют следующие недостатки:

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

Как большие электрические нагрузки можно контролировать с помощью датчиков Холла

Мы уже знаем, что выходная мощность датчика Холла очень мала (от 10 до 20 мА). Поэтому он не может напрямую контролировать большие электрические нагрузки. Тем не менее мы можем контролировать большие электрические нагрузки с помощью датчиков Холла, добавив NPN-транзистор с открытым коллектором (сток тока) к выходу.

Транзистор NPN (приемник тока) функционирует в насыщенном состоянии в качестве переключателя приемника. Он замыкает выходной контакт заземлением, когда плотность потока превышает предварительно установленное значение «вкл.».

Выходной переключающий транзистор может быть в разных конфигурациях, таких как транзистор с открытым эмиттером, открытым коллектором или оба типа. Вот так он обеспечивает двухтактный выход, который позволяет ему потреблять достаточный ток для непосредственного управления большими нагрузками.

Как работает датчик Холла Видео

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

Оценка статьи:

Загрузка...

Сохранить себе в: