Датчик холла принцип работы


принцип работы, как проверить своими руками, применение

Электромагнитное устройство, именуемое датчиком Холла (далее ДХ), применяется во многих приборах и механизмах. Но наибольшее применение ему нашлось в автомобилестроении. Практически во всех моделях отечественного автопрома (ВАЗ 2106, 2107, 2108 и т.д.) бесконтактная система зажигания для бензинового двигателя управляется этим датчиком. Соответственно, при его выходе из строя возникают серьезные проблемы с работой двигателя. Чтобы не ошибиться при диагностике, необходимо понимать принцип работы датчика, знать его конструкцию и методы тестирования.

Кратко о принципе работы

В основу принципа действия датчика зажигания положен эффект Холла, получивший свое название в честь американского физика, открывшего это явление в 1879 году. Подав постоянное напряжение на края прямоугольной пластины (А и В на рис. 1) и поместив ее в магнитное поле, Эдвин Холл обнаружил разность потенциалов на двух других краях (С и D).

Рис .1. Демонстрация эффекта Холла

В соответствии с законами электродинамики, сила Лоренца воздействует на носители заряда, что и приводит к разности потенциалов. Величина напряжения Uхолла довольно мала, в пределах от 10 мкВ до 100 мВ, она зависит как от силы тока, так и напряженности электромагнитного поля.

До середины прошлого века открытие не находило серьезного технического применения, пока не было налажено производство полупроводниковых элементов на основе кремния, сверхчистого германия, арсенида индия и т.д., обладающих необходимыми свойствами. Это открыло возможности для производства малогабаритных датчиков, позволяющих измерять как напряженность поля, так и силу тока, идущего по проводнику.

Типы и сфера применения

Несмотря на разнообразие элементов, применяющих эффект Холла, условно их можно разделить на два вида:

  • Аналоговые, использующие принцип преобразования магнитной индукции в напряжение. То есть, полярность, и величина напряжения напрямую зависят от характеристик магнитного поля. На текущий момент этот тип приборов, в основном, применяется в измерительной технике (например, в качестве, датчиков тока, вибрации, угла поворота). Датчики тока, использующие эффект Холла, могут измерять как переменный, так и постоянный ток
  • Цифровые. В отличие от предыдущего типа датчик имеет всего два устойчивых положения, сигнализирующих о наличии или отсутствии магнитного поля. То есть, срабатывание происходит в том случае, когда интенсивность магнитного поля достигла определенной величины. Именно этот тип устройств применяется в автомобильной технике в качестве датчика скорости, фазы, положения распределительного, а также коленчатого вала и т.д.

Следует отметить, что цифровой тип включает в себя следующие подвиды:

  • униполярный – срабатывание происходит при определенной силе поля, и после ее снижения датчик переходит в изначальное состояние;
  • биполярный – данный тип реагирует на полярность магнитного поля, то есть один полюс производит включение прибора, а противоположный – выключение.
Внешний вид цифрового датчика Холла

Как правило, большинство датчиков представляет собой компонент с тремя выводами, на два из которых подается двух- или однополярное питание, а третий является сигнальным.

Пример использования аналогового элемента

Рассмотрим в качестве примера конструкцию датчика тока ы основе работы которого используется эффект Холла.

Упрощенная схема датчика тока на основе эффекта Холла

Обозначения:

  • А – проводник.
  • В – незамкнутое магнитопроводное кольцо.
  • С – аналоговый датчик Холла.
  • D – усилитель сигнала.

Принцип работы такого устройства довольно прост: ток, проходящий по проводнику, создает электромагнитное поле, датчик измеряет его величину и полярность и выдает пропорциональное напряжение UДТ, которое поступает на усилитель и далее на индикатор.
https://www.youtube.com/watch?v=fmLs9WsKx3I

Назначение ДХ в системе зажигания автомобиля

Разобравшись с принципом действия элемента Холла, рассмотрим, как используется данный датчик в системе бесконтактного зажигания линейки автомобилей ВАЗ. Для этого обратимся к рисунку 5.

Рис. 5. Принцип устройства СБЗ

Обозначения:

  • А – датчик.
  • B – магнит.
  • С – пластина из магнитопроводящего материала (количество выступов соответствует числу цилиндров).

Алгоритм работы такой схемы выгладит следующим образом:

  • При вращении вала прерывателя-распределителя (движущемуся синхронно коленвалу) один из выступов магнитопроводящей пластины занимает позицию между датчиком и магнитом.
  • В результате этого действия изменяется напряженность магнитного поля, что вызывает срабатывание ДХ. Он посылает электрический импульс коммутатору, управляющему катушкой зажигания.
  • В Катушке генерируется напряжение, необходимое для формирования искры.

Казалось бы, ничего сложного, но искра должна появиться именно в определенный момент. Если она сформируется раньше или позже, это вызовет сбой в работе двигателя, вплоть до его полной остановки.

Внешний вид датчика Холла для СБЗ ВАЗ 2110

Проявление неисправности и возможные причины

Нарушения в работе ДХ можно обнаружить по следующим косвенным признакам:

  • Происходит резкое увеличение потребления топлива. Это связано с тем, что впрыск топливно-воздушной смеси производится более одного раза за один цикл вращения коленвала.
  • Проявление нестабильной работы двигателя. Автомобиль может начать «дергаться», происходит резкое замедление. В некоторых случаях не удается развить скорость более 50-60 км.ч. Двигатель «глохнет» в процессе работы.
  • Иногда выход из строя датчика может привести к фиксации коробки передач, без возможности ее переключения (в некоторых моделях импортных авто). Для исправления ситуации требуется перезапуск мотора. При регулярных подобных случаях можно уверенно констатировать выход из строят ДП.
  • Нередко поломка может проявиться в виде исчезновения искры зажигания, что, соответственно, повлечет за собой невозможность запуска мотора.
  • В системе самодиагностики могут наблюдаться регулярные сбои, например, загореться индикатор проверки двигателя, когда он на холостом ходу, а при повышении оборотов лампочка гаснет.

Совсем не обязательно, что перечисленные факторы вызваны выходом из строя ДП. Высока вероятность того, неисправность вызвана другими причинами, а именно:

  • попаданием мусора или других посторонних предметов на корпус ДП;
  • произошел обрыв сигнального провода;
  • в разъем ДП попала вода;
  • сигнальный провод замкнулся с «массой» или бортовой сетью;
  • порвалась экранирующая оболочка на всем жгуте или отдельных проводах;
  • повреждение проводов, подающих питание к ДП;
  • перепутана полярность напряжения, поступающего на датчик;
  • проблемы с высоковольтной цепью системы зажигания;
  • проблемы с блоком управления;
  • неправильно выставлен зазор между ДП и магнитопроводящей пластиной;
  • возможно, причина кроется в высокой амплитуде торцевого биения шестеренки распределительного вала.

Как проверить работоспособность датчика Холла?

Есть разные способы, позволяющие проверить исправность датчика СБЗ, кратко расскажем о них:

  1. Имитируем наличие ДХ. Это наиболее простой способ, позволяющий быстро провести проверку. Но его эффективности может идти речь только в том случае, если не формируется искра при наличии питания на основных узлах системы. Для тестирования следует выполнить следующие действия:
  • отключаем от трамблера трехпроводной штекер;
  • запускаем систему зажигания и одновременно с этим «коротим» проводом массу и сигнал с датчика (контакты 3 и 2, соответственно). При наличии искры на катушке зажигания, можно констатировать, что датчик СБЗ потерял работоспособность и ему необходима замена.

Обратим внимание, что для выявления искрообразования высоковольтный проводок должен находиться рядом с массой.

  1. Применение мультиметра для проверки. Это способ наиболее известный, и приводится в руководстве к автомобилю. Нужно подключить щупы прибора, как продемонстрировано на рисунке 7, и произвести замеры напряжения.
Схема подключения мультиметра для проверки ДХ

На исправном датчике напряжение будет колебаться в диапазоне от 0,4 до 11 вольт (не забудьте перевести мультиметр в режим измерения постоянного тока). Следует заметить, что проверка осциллографом будет намного эффективней. Подключается он таким же образом, как и мультиметр. Пример осциллограммы рабочего ДХ приведен ниже.

Осциллограмма исправного датчика Холла СБЗ
  1. Установка заведомо рабочего ДХ. Если в наличии имеется еще один однотипный датчик, или имеется возможность взять его на время, то данный вариант тоже имеет место на существование, особенно если первые два сделать затруднительно.

Ест еще один вариант проверки, по принципу напоминающий второй способ. Он может быть полезен, если под рукой нет измерительных приборов. Для тестирования понадобиться резистор номиналом 1,0 кОм, светодиод, например, из фонарика зажигалки и несколько проводков. Из всего этого набора собираем прибор в соответствии с рисунком 9.

Рис. 9. Светоиндикаторный тестер для проверки ДХ

Тестирование осуществляем по следующему алгоритму:

  1. Проверяем питание на датчике. Для этой цели подключаем (соблюдая полярность) наш тестер к клеммам 1 и 3 ДХ. Включаем зажигание, если с питанием все нормально, светодиод загорится, в противном случае потребуется проверять цепь питания (предварительно убедившись в правильном подключении светодиода).
  2. Проверяем сам датчик. Для этого провод с первой клеммы «перебрасываем» на вторую (сигнал с ДХ). После этого начинаем крутить распредвал (руками или стартером). Моргание светодиода засвидетельствует исправность ДХ. В противном случае, на всякий случай проверяем соблюдение полярности при подключении светодиода, и если оно выполнено правильно, — меняем датчик на новый.

Датчик Холла | Виды, принцип работы, как проверить

Что такое датчик Холла

Датчики Холла представляют из себя твердотельные радиоэлементы, которые становятся все более популярными в радиолюбительской среде и разработке радиоэлектронных устройств. Они применяются в датчиках измерения положения, скорости или направленного движения. Они все чаще заменяют собой путевые выключатели и герконы. Так как такие датчики являются абсолютно герметичными и представляют из себя простой радиоэлемент, то они не боятся вибрации, пыли и влаги. То есть по сути датчик Холла простыми словами – это радиоэлемент, который реагирует на внешнее магнитное поле.

Эффект Холла

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

Он пропускал постоянный ток через грани D и B. Потом поднес перпендикулярно пластинке постоянный магнит и обнаружил напряжение на гранях А и C!  Этот эффект и был назван в честь этого великого ученого. Основной физический принцип данного эффекта был основан на силе Лоренца. Поэтому радиоэлементы, основанные на эффекте Холла, стали называть датчиками Холла. 

Но здесь один маленький нюанс. Дело в том, что напряжение Холла даже при самой большой напряженности магнитного поля будет какие-то микровольты. Согласитесь, это очень мало. Поэтому, помимо самой пластинки в датчик Холла устанавливают усилители постоянного тока, логические схемы переключения, регулятор напряжения а также триггер Шмитта. В самом простом переключающем датчике Холла все это выглядит примерно вот так:

где

Supply Voltage – напряжение питания датчика

Ground – земля

Voltage Regulator – регулятор напряжения

А – операционный усилитель

Hall Sensor – собственно сама пластинка Холла

Output transisitor Switch – выходной переключающий транзистор (транзисторный ключ)

Линейные (аналоговые) датчики Холла

В линейных датчиках напряжение Холла (напряжение на гранях А и С) будет зависеть от напряженности магнитного поля. Или простыми словами, чем ближе мы поднесем магнит к датчику, тем больше будет напряжение Холла. Это и есть прямолинейная зависимость.

В линейных датчиках Холла выходное напряжение берется сразу с операционного усилителя. То есть в линейных датчиках вы не увидите триггер Шмитта, а также выходного переключающего транзистора. То есть все это будет выглядеть примерно вот так:

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.

Теоретически, если подавать ну очень сильный магнитный поток на датчик Холла, то напряжение Холла будет бесконечно большим? Как бы не так). Выходное напряжение будет лимитировано напряжением питания. То есть график будет выглядеть примерно вот так:

Как вы видите, до какого-то момента у нас идет линейная зависимость выходного напряжения датчика от плотности магнитного потока. Дальнейшее увеличение магнитного потока бесполезно, так как оно достигло напряжения насыщения, которое ограничено напряжением питанием самого датчика Холла.

Благодаря этим параметрам с помощью датчика Холла были построены приборы, позволяющие замерять силу тока в проводнике, не касаясь самого провода, например, токовые клещи.

Существуют 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 плотности магнитного потока.

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

Как только наступила  эра цифровой элек троники, в один корпус вместе с датчиком Холла стали помещать различные логические элементы. Самый простой датчик Холла на триггере Шмитта мы уже рассмотрели выше и он выглядит вот так:

По сути такой датчик имеет только два состояние на выходе. Либо сигнал есть (логическая единица), либо его нет (логический ноль). Гистерезис на триггере Шмитта просто устраняет частые переключения, поэтому в цифровых датчиках Холла он используется всегда.

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. К примеру, подносим южный полюс магнита и датчик сработает. На северный магнитный полюс он реагировать не будет.

Биполярные

Подносим магнит одним полюсом – датчик сработает и будет продолжать работать даже тогда, когда мы уберем магнит от датчика. Для того, чтобы его выключить, нам надо подать на него другую полярность магнита.

Как проверить датчик Холла

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

Судя по даташиту, на первую ножку подаем плюс питания, на вторую – минус, а с третьей ножки уже снимаем сигнал логической единицы или нуля.

Для этого соберем простейшую схему: светодиод на 3 Вольта, токоограничительный резистор на 1КилоОм и сам датчик Холла.

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

У меня под рукой оказался вот такой магнитик:

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

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

Переворачиваю магнит другим полюсом, подношу его к датчику Холла и вуаля!

Если магнит не переворачивать, то есть не менять полюса, то светодиод также останется потухшим, потому что датчик 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.

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

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

Применение цифровых датчиков

  • 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. Они не имеют электромеханического контакта, который бы изнашивался, в отличие от геркона  и электромагнитного реле. В настоящее время они уже почти полностью заменили герконы.

принцип работы, применение, принципиальная схема, подключение

Датчики стали незаменимой частью жизни людей. Они делают ее проще. Датчики света, звука, движения управляют разными техническими системами. Ту же функцию – управление системами выполняют датчики на основе эффекта Холла (далее ДХ – датчик Холла). Далее будет рассмотрено устройство и особенности датчика Холла, разновидности контроллера, его применение, а также принцип работы.

Описание и применение

Контроллер, в основе которого лежит действие эффекта Холла, относится к датчикам магнитного типа. Они выдают электрический сигнал в зависимости от изменения магнитного поля вокруг них.

Эффект Холла состоит в появлении напряжения в проводнике при прохождении через него электрического тока. Электрический ток меняет магнитное поле, за ним меняется индукция этого поля, в итоге создается разность потенциалов.

Регистр Холла работает следующим образом:

  • вокруг него создается магнитное поле, активирующее контроллер;
  • при внесении в поле какого-либо объекта, оно выходит за первоначальные границы; датчик этот процесс фиксирует и генерирует напряжение, пропорциональное изменению.

Напряжение называется напряжением Холла.

На основе датчика Холла собирают контроллеры приближения, движения, переключатели и другие полезные в быту и промышленности устройства.

Виды, устройство и принцип действия

Всего выделяют два вида датчиков на основе эффекта Холла. Первые – цифровые, вторые – аналоговые. Они значительно отличаются друг от друга в плане конструкции и принципа функционирования.

Цифровые

Цифровые регистры имеют два устойчивых положения: ноль или единица – то есть они срабатывают при определенной величине изменения магнитного поля. В основе таких датчиков лежит устройство под названием триггер Шмитта, которое имеет два устойчивых состояния: логический ноль и логическая единица.

Контроллеры подобного типа делятся на три вида:

  1. Униполярные.
  2. Биполярные.
  3. Омниполярные.

Каждый из этих видов далее будет подробно рассмотрен.

Униполярные

Контроллеры подобного вида работают только в том случае, если к ним прикладывается магнитное поле положительной полярности от южного полюса. Только при этом условии происходит срабатывание и отпускание контроллера.

Биполярные

Эти цифровые датчики работают под действием магнитного поля и южного, и северного полюса. Их особенность состоит в том, что срабатывают они под действием поля от южного полюса, а отпускаются под действием северного полюса.

Омниполярные

Уникальность этих контроллеров Холла состоит в том, что они могут включаться и выключаться под действием поля от любого полюса.

Аналоговые

В отличие от цифровых аналоговые датчики способны выдавать на выходе не два стабильных уровня сигнала, а бесконечное множество. Их принцип работы основан на преобразовании величины индукции поля в напряжение.

Конструкция этих устройств содержит элемент Холла (сам контроллер) и усилитель сигнала.

Применение

И аналоговые (линейные), и цифровые контроллеры нашли широкое применение во всех сферах жизни.

Линейные

Из-за большого количества уровней выходного напряжения такие контроллеры часто применяют в измерительной технике.

Датчик тока

Регистр тока на ДХ сделать очень просто. Необходимо установить лишь правильный преобразователь, который из напряжения, создаваемого в результате прохождения тока через проводник, будет получать ток. Ток с напряжением связаны законом Ома.

Тахометр

Тахометр измеряет частоту вращения чего-либо. Например, вала. Сделать такое устройство на ДХ очень просто. Достаточно установить датчик рядом с вращающимся объектом, а на сам объект повесить небольшой магнит.

Как только магнит будет проходить рядом с датчиком, индукция поля будет изменятся, как и величина напряжения на выходе соответственно.

По изменению последней можно судить о скорости вращения вала.

Датчик вибраций

На основе ДХ можно сконструировать простой регистр вибрации, который будет реагировать на изменение магнитного поля в результате микроперемещений магнита, создающего поле для проводника с током.

Детектор ферромагнетиков

Ферромагнетики – магнитоактивные вещества. Они искажают магнитное поле планеты. По величине этого искажения можно определить, насколько сильный тот или иной ферромагнетик.

Как измерить это искажение? Это можно сделать с помощью ДХ. Если внести в поле магнита, создающего напряжение в проводнике, магнитный материал (ферромагнетик), то поле изменит индукцию и это повлияет на создаваемую разность потенциалов.

Датчик угла поворота

ДХ способны измерять угол вращения какого-то либо объекта. Например, если на нем установлены магнит и контроллер Холла, то по величине индукции (близости магнита к датчику) можно определить угол вращения.

Потребуется лишь правильно определить зависимость между индукцией и углом. В этом поможет университетский курс физики и механики.

Бесконтактный потенциометр

Напряжение с током связаны по закону Ома через сопротивление. Зная ток через проводник и напряжение, не сложно рассчитать подключенное к проводнику сопротивление. Этот факт позволяет строить на ДХ бесконтактные потенциометры.

ДХ в бесколлекторном двигателе постоянного тока

Подобные контроллеры часто применяются в бесколлекторных двигателях в качестве измерителей угла поворота.

Датчик расхода

Датчик расхода на аналоговом ДХ устроен так, что объем пропущенного через этот датчик вещества пропорционален изменению магнитной индукции поля вокруг него.

Датчик положения

Чтобы собрать датчик положения на ДХ, нужно к отслеживаемой цели подключить магнитную пластину. Когда эта пластина будет менять положение относительно магнита в ДХ, поле будет менять свой состав и по изменению индукции этого поля можно будет определить положение объекта.

Цифровые

Такие контроллеры применяются в электронике и промышленности для управления включением и выключением, например, станков с численным программным управлением, а также для регулирования работы автоматизированных систем.

Датчики

На цифровых ДХ собирают различные контроллеры, способные отслеживать изменение различных величин и реагировать на изменения.

Контроллер частоты вращения

Контроллеры Холла, измеряющие частоту вращения чего-либо, называются энкодерами. Обычно их несколько устанавливается на определенную позицию, через которую проходит несколько магнитов с вращающегося объекта.

Как только магнит пересекает первый датчик, последний выдает на выходе уровень логической единицы. С другими контроллерами аналогично. Момент появления логической единицы на одном из датчиков позволяет оценить частоту вращения объекта.

Контроллер системы зажигания авто

Система зажигания устроена таким образом, что имеет два устойчивых состояния: включено-выключено. Такие же устойчивые логические уровни имеют цифровые ДХ. Соединить эти приборы в одно устройство не составляет труда: к системе зажигания присоединяется магнитная пластина.

Когда система находится в положении «включено», пластина пересекает магнитное поле ДХ и разность потенциалов в проводнике контроллера изменяется. Этим изменением можно управлять различными системами авто.

Контроллер положения клапанов

Если к клапану подсоединить магнитную пластину, а ее расположить рядом с контроллером Холла, то при открытии (или, наоборот, закрытии) клапана индукция поля и, как следствие, напряжение в проводнике изменится, а это изменение переведет контроллер в одно из логических состояний (ноль, единица).

Так можно фиксировать открывание и закрывание клапанов.

Контроллер бумаг в принтере

Наличие бумаги в принтере можно фиксировать точно так же, как и положение клапанов. Есть флажок, который устанавливается и пересекает поле постоянного магнита ДХ, если в принтер поступает бумага.

Устройства синхронизации

Датчики синхронизации активно применяются в автомобилестроении, где они регулируют время и объем подачи топлива, углы опережения зажигания и поворота распределительного вала, а также других показателей.

Такие датчики представляют собой намагниченный сердечник с медной обмоткой, на концах которой фиксируют разность потенциалов.

Счетчик импульсов

С помощью эффекта Холла можно считать поступающие в проводник импульсы. Импульс – сигнал высокого уровня. Соответственно, есть сигнал низкого уровня (обычно это 0). Если импульс поступает на проводник, то на его концах создается разность потенциалов под действием магнитного поля. Когда импульс пропадает, разность потенциалов тоже исчезает. По скорости появления-пропадания напряжения в проводнике можно судить о количестве импульсов: зная время и скорость можно определить количество.

Блокировка дверей

Магнит контроллера располагается на двери машины, например, а сам контроллер – на дверной коробке. Как только замок, не снятый с сигнализации, попытается кто-то открыть и потянет на себя ручку двери, подключенная система заблокирует двери и предотвратит доступ в машину. Так и работает блокировка дверей с применением ДХ.

Вместо системы блокировки дверей к датчику можно подключить сирену или другую сигнализацию.

Измеритель расхода

Расходометр на ДХ устроен таким образом, что каждое изменение магнитного потока, фиксируемое контроллером, равняется определенной порции прошедшего вещества (жидкости, например).

Бесконтактное реле

Бесконтактные реле на ДХ так устроены, что при изменении магнитной индукции поля вокруг проводника на нем меняется напряжение и это изменение разности потенциалов провоцирует переключение реле.

Детектор приближения

Контроллер приближения на цифровом ДХ аналогичен контроллеру на линейном ДХ с той лишь разницей, что цифровой выдает только два уровня сигнала – высокий и низкий – а аналоговый –бесконечное множество, то есть, например, цифровым контроллером можно только включить и выключить свет, а аналоговым включить на определенную величину, сделать свет ярче или тусклее, а потом выключить.

Какие функции выполняет в смартфоне

Когда человек подносит смартфон близко к уху, экран телефона гаснет для предотвращения случайных нажатий. Как это удалось реализовать разработчикам? При помощи цифрового датчика приближения, основанного на эффекте Холла.

Как изготовить своими руками

Чтобы сделать простейший ДХ своими руками, понадобится:

  1. Ферритовое кольцо.
  2. Проводник для тока.
  3. Элемент Холла (микросхема ACS 711, например).
  4. Дифференциальный усилитель.

В кольце необходимо пропилить зазор, в котором расположится элемент Холла. Его потребуется подключить к дифференциальному усилителю, который представляет особой ОУ с отрицательной обратной связью.

Если изменение индукции – это своеобразная «ошибка», то ОУ выступает в роли усилителя ошибки, как показано на принципиальной схеме подключения на рисунке 1.

Рис. 1. Принципиальная схема подключения элемента Холла.

Вместо усилителя можно установить микроконтроллер и через ограничительный резистор подключить его к выводу микросхемы ACS 711 в режиме АЦП. Тогда к другому выводу микроконтроллера можно подключить полевой транзистор и получится генератор импульсов, который можно использовать в режиме широтно-импульсной модуляции, например.

Преимущества и недостатки

К преимуществам ДХ можно отнести:

  1. Многофункциональность. Контроллеры Холла, как описано выше, могут играть роль десятков видов датчиков.
  2. Надежность. Не подвержены износу т.к. не имеют движущихся частей. На их работе не влияет ни влага, ни пыль (вибрация в меньшей степени).
  3. Простота. Практически не требует обслуживания.

Среди недостатков ДХ выделяют:

  1. Низкий радиус действия. Обычно ДХ не работает на расстоянии больше 10 см. В противном случае придется использовать очень сильный магнит.
  2. Сложно обеспечить стабильность измерений. Из-за постоянно меняющегося магнитного поля точность измерений ДХ всегда будет немного колебаться.

Главный недостаток ДХ – температурная нестабильность.

Чем выше температура, тем быстрее движутся заряды в проводнике, тем чувствительнее датчик ко всем колебаниям магнитного поля.

Что такое датчик Холла?

Датчик Холла (датчик положения) представляет собой датчик магнитного поля. Работа устройства основана на эффекте Холла. Данный эффект основан на следующем принципе: если поместить определенный проводник с постоянным током в магнитное поле, то в таком проводнике возникает поперечная разность потенциалов (напряжение Холла). Другими словами, устройство служит для измерения напряжённости магнитного поля. Сегодня датчик Холла может быть как аналоговым, так и цифровым.

Сфера применения датчиков Холла очень широка. Устройство используется в таких схемах, где требуется бесконтактное измерение силы тока. Что касается автомобилей, датчик Холла служит для измерения угла положения распределительного или коленчатого вала, а также нашел свое применение в системе зажигания, указывая на момент образования искры. 

Содержание статьи

Как работает датчик Холла

Во время своих исследований в 1879 году физик Холл выявил такой эффект, что если в магнитном поле находится пластина, на которую подается напряжение (ток протекает через пластину), тогда электроны в указанной пластине начинают отклоняться. Такое отклонение происходит перпендикулярно по отношению к тому направлению, которое имеет магнитный поток.

Также направление этого отклонения происходит в зависимости от той полярности, которую имеет магнитное поле. Получается, электроны будут иметь разную плотность на разных сторонах пластины, создавая разные потенциалы. Обнаруженное явление получило название эффект Холла.

Другими словами, Холл поместил прямоугольную полупроводниковую пластину в магнитное поле и на узкие грани такого полупроводника подал ток. В результате на широких гранях появилось напряжение. Дальнейшее развитие технологий позволило создать на основе обнаруженного эффекта компактное устройство-датчик. Главным преимуществом датчиков подобного рода выступает то, что частота срабатывания устройства не смещает момент измерения. Выходной сигнал от такого устройства всегда устойчивый, без всплесков.

Простейший датчик состоит из:

  • постоянного магнита;
  • лопасти ротора;
  • магнитопроводов;
  • пластикового корпуса;
  • электронной микросхемы;
  • контактов;

Работа устройства построена на следующей схеме: через зазор осуществляется проход металлической лопасти ротора, что позволяет шунтировать магнитный поток. Результатом становится нулевой показатель индукции на микросхеме. Выходной сигнал по отношению к массе практически равняется показателю напряжения питания.

Датчик Холла в системе зажигания является аналоговым преобразователем, который непосредственно коммутирует питание. 

Среди недостатков стоит выделить чувствительность устройства к электромагнитным помехам, которые могут возникнуть в цепи. Также наличие электронной схемы в устройстве датчика несколько снижает его надежность.

Рекомендуем также прочитать статью об устройстве топливного электробензонасоса, а также о механическом решении. Из этой статьи вы узнаете о назначении, конструктивных особенностях и принципах работы данных устройств.

Аналоговые и цифровые решения

Датчики на основе эффекта Холла фиксируют разницу потенциалов. Аналоговое решение, рассмотренное выше, основано на преобразовании индукции поля в напряжение с учетом полярности и силы поля.

Принцип работы цифрового датчика состоит в фиксации присутствия или отсутствие поля. В случае достижения индукцией определенного показателя датчик отмечает наличие поля. Если индукция не соответствует необходимому показателю, тогда цифровой датчик показывает отсутствие поля. Чувствительность датчика определяется его способностью фиксировать поле при той или иной индукции. 

Цифровой датчик Холла может быть биполярным и униполярным. В первом случае срабатывание и отключение устройства происходит посредством смены полярности. Во втором случае включение происходит при появлении поля, отключается датчик в результате того, что индукция снижается.

Самостоятельная проверка устройства

Активное использование данного устройства в автомобилях означает, что при появлении определенных неисправностей или сбоев в работе ДВС может возникнуть острая необходимость проверить датчик Холла своими руками.

Перед началом работ по отсоединению разъема кабеля, который подключен к устройству, следует обязательно выключать зажигание!

Игнорирование данного правила может вывести датчик Холла из строя. Необходимо добавить, что проверка устройства при помощи контрольной лампы также недопустима.

  1. Одним из самых быстрых способов проверки является установка заведомо исправного подменного датчика на автомобиль. Если признаки неисправности после установки исчезают, тогда причина очевидна.
  2. Вторым способом, который подойдет для проверки датчика в системе зажигания, является проверка наличия искры в момент включения зажигания. Дополнительно потребуется осуществить подсоединение концов провода к нужным выходам на коммутаторе.
  3. Для максимально точной диагностики устройство лучше всего поверять при помощи осциллографа. Также в определенных условиях датчик проверяют при помощи мультиметра. Указанный мультиметр переводят в режим вольтметра, после чего подсоединяют к выходному контакту на датчике. Рабочий датчик Холла выдаст показания от 0.4 Вольт до 3-х. Если показания ниже минимального порога, тогда высока вероятность выхода датчика из строя.

Читайте также

Датчик холла принцип работы и какова его роль в системе зажигания?

На блоге мы уже рассматривали различные системы зажигания, в частности, бесконтактных, у которых механический прерыватель в трамблёре заменён хитрым датчиком. О нём и поговорим, о датчике Холла, так его называют. Датчик Холла принцип работы его заключается в том, что он дает отсечку в нужной точке для поджига рабочей смеси в цилиндре, но давайте по порядку.

[contents]

Датчик Холла принцип работы

Как мы видим, наш сегодняшний герой выполняет крайне ответственное задание в системе зажигания, но пока что он остаётся для нас тёмной лошадкой. Исправим данный недостаток. Итак, датчик холла что это и как работает?

Для начала немного истории. Своё название это устройство получило благодаря одному из сотрудников балтиморского университета Э. Холла, который в конце ХIХ века открыл эффект возникновения напряжения на краях полупроводниковой пластины при изменении магнитного поля, в котором она находится.

Другими словами, если специальную пластинку поместить в место, где будет периодически проскакивать магнит или что-либо, что может изменить имеющееся магнитное поле, к примеру, металлический предмет, то на её краях будут появляться импульсы напряжения, а они в свою очередь могут использоваться электроникой в качестве сигналов к действию.

Одно из ключевых преимуществ подобных датчиков – отсутствие каких-либо механически контактирующих элементов, а это значит, что нет износа и, как следствие, продолжительный срок безотказной работы узла.

Надо отметить, что эффект Холла стал массово использоваться в промышленности лишь во второй половине ХХ века, когда полупроводниковые материалы стали доступными.

Своё место датчики Холла нашли и в автомобилях, а если точнее – в двигателях, где их полезные свойства пригодились в системах зажигания.

Устанавливается такое устройство в корпус трамблёра. Внутри него, как мы уже знаем, имеется вал, именуемый в литературе валом прерывателя-распределителя.

В определённом месте на этом валу закреплена магнитопроводящая пластина, имеющая столько сердечников, сколько и цилиндров в силовом агрегате.

 

Вращаясь синхронно с распредвалом и коленвалом, она в момент прохождения одного из сердечников мимо датчика, возбуждает в нём импульс электрического напряжения, который затем поступает в коммутатор системы зажигания, где используется для управления работой катушки зажигания. Этот импульс является отправной точкой для генерации искры свечи.

Система зажигания сгенерирует искру именно в тот момент, когда необходимо поджечь топливно-воздушную смесь – ни на мгновение раньше, ни на мгновение позже, иначе мотор просто-напросто не сможет нормально работать. Такой вот нехитрый алгоритм.

Как проверить датчик Холла?

Как и любой другой электронный элемент, наш герой тоже может выходить из строя, и узнать об этом мы можем по плохой работе двигателя авто, а именно:

  • мотор сложно завести или он вообще отказывается стартовать;
  • на холостом ходу заметны перебои или просадки оборотов;
  • при движении машина внезапно глохнет;
  • на высоких оборотах авто начинает дёргать.

Конечно же, не факт, что эти симптомы связаны именно с датчиком Холла, но, тем не менее, проверить его нужно. Сделать это можно своими силами.

  1. Попросите у друзей или где-нибудь на время проверки, переставьте и убедитесь в том, является ли причиной ваших бед именно датчик Холла;
  2. Просто замерьте напряжение на выходе, оно должно быть в точке разрыва 0,4 В, а в точке прохода пластины — 11В.;
  3. Разобрать трамблер, провод высокого напряжения с надсвечником и свечей положите на корпус автомобиля с гарантией контакта на минус. Включите зажигание и замкните контакты 6 и 3 на панели коммутатора. Если искра на контактах свечи зажигания появится, то ваш датчик вышел из строя.

https://www.youtube.com/watch?v=loxwayrjpVM

Но все-таки наиболее простой и примитивный способ – замена датчика на заведомо исправный. На видео ниже, видно как это просто.

 

Все-таки проверка требует квалифицированного подхода, если вы им не обладаете, не стоит экспериментировать. Надежно и с гарантией успеха лучше обратиться к специалистам и сделать все как положено.

Пожалуй, вот так кратко, датчик Холла принцип работы и его значение вам понятны. Надеюсь, вы почерпнули минимальные полезные знания из этой статьи.

На этом разрешите откланяться и напомнить, читайте свежие и интересные публикации, появляющиеся на блоге, поможет подписка. До скорых встреч!

 

Датчик Холла Схема Принципиальная - tokzamer.ru

Назначение датчика Холла Датчик Холла предназначен для определения момента искрообразования в бесконтактной системе зажигания БСЖ автомобиля. В зависимости от того, на каком проводе появляется сигнал, схема распознает направление перемещения.


Стальной экран, имеющий несколько прорезанных ровных отверстий. Потребует применения такого датчика контроль оборотов выходных валов редукторов, контроль направления вращения двух и более синхронизируемых механизмов, учет расхода жидкости.

Такое явления называется ЭДС электродвижущей силой Холла. Сделаем его сами.
Датчик Холла.Что это и как работает.Простые токовые клещи своими руками.

Датчик Холла: на самом деле — всё просто Прибор основан на эффекте Холла, который заключается в следующем: если на любой полупроводник, вдоль которого протекает электрический ток, оказать воздействие пересекающим поперёк магнитным полем, то возникнет поле электрическое, называемое электродвижущей силой ЭДС Холла.

Далее снимается крышка трамблера и совмещается метка механизма газораспределения с меткой коленвала. Это и есть генератор Холла.

Проводятся эксперименты по использованию датчика Холла в качестве чувствительного элемента магнитного компаса. Соответственно коммутатор прерывает электрический ток, подающийся на катушку зажигания, магнитное поле в ней резко сжимается и, пересекая витки обмотки, производит ЭДС кВ ток высокого напряжения.

Но наибольшее применение генератор Холла получил в автомобильной промышленности — для измерения положения распределительного и коленчатого валов, в качестве бесконтактного электронного зажигания и в других целях.

Сигнал скорости управляет переключателем К2. Мы рекомендуем внимательно прочитать данную статью и добавить ее в закладки, потому как она позволит Вам сэкономить ни много ни мало, а американских долларов.

Как подключить датчик Холла Где найти для мотора

Принцип работы датчика Холла

Нужно, чтобы выходной ток датчика был достаточен для принимающего прибора в целях уменьшения влияния помех, искажающих передаваемую информацию. Осталось отсоединить клеммы датчика Холла и открутить его.

Итак, как же работает датчик Холла? Так как при работе двигателя на датчик будет воздействовать высокая температура и пластмасса может вытечь, а это приведет к более серьёзной поломке.

Сопротивления R1, R2 задают выходной ток импульсного датчика. Таким образом, будет наблюдаться разница плотности электронов на противоположных концах пластины.

В исправном устройстве напряжение будет изменяться от 0,4 В до 11 В.

Разделить системы зажигания по принципу работы можно на три ступени системы : Контактная.

Радиодетали в схеме Параметры импульсного датчика во многом обуславливают примененные компоненты его электрической схемы. Если вернуть обогреватель в вертикальное положение, то обогреватель снова включится.

Есть и более простой способ: подвижные контакты и элементы просто намагничивают.
Простая проверка датчика Холла! A simple Hall sensor check!

Признаки неисправности датчика Холла

Оцените статью: Поделитесь с друзьями! Преобразователь может использоваться в системах автоматизации, транспортных системах и т.

Принцип работы датчика Холла Датчики Холла являются составной частью различных приборов. Фото 1. Назначение и устройство датчика Холла Название датчик берет от фамилии своего изобретателя.

Далее снимается крышка трамблера и совмещается метка механизма газораспределения с меткой коленвала.

Выглядит он так: Поэтому при наличии неисправного датчика Холла бежим в ближайший радиомагазин или рынок и приобретаем SSA. Если в запасе нет уже готового исправного датчик — не беда. Поэтому для измерения слабых токов применяют конструкцию рис. Ток высокого напряжения идет от катушки зажигания по проводу через угольный контакт на пластину ротора, и затем через клемму крышки распределителя по проводу высокого напряжения, в наконечнике которого установлен помехоподавительный экран, попадает на соответствующую свечу зажигания и воспламеняет рабочую смесь в цилиндре.

Писали, что очень удобна для выставления зажигания… Удачи! Схема подключения датчика Холла В качестве примера использования, на картинке ниже показана электрическая цепь бесконтактной системы зажигания автомобиля, с преобразователем Холла. Существует несколько способов проверки исправности автомобильного датчика Холла.

Что такое датчик Холла и как он работает


На холостом ходу в работе двигателя появляются перебои и рывки. При выполнении этой операции будьте внимательны!

Именно он заметил, что если в созданное каким-то образом магнитное поле поместить металлическую пластину пот электрическим напряжением, то такие действия вызовут появление импульсов и электроны в этой пластине примут траекторию отклонения перпендикулярно направления самого магнитного потока. Обычно ток через транзистор датчика не должен превышать 20 мА. ЗЫ, в продаже встречал приблуду, вставляется между датчиком и проводкой, и светодиодом показывает момент срабатывания. Похожие статьи: autodont.

Полученная величина будет зависеть от силы поля и его полярности. Для этого достаточно разместить между пластинкой и магнитом движущийся экран с щелями в нём.
КАК РАБОТАЕТ ДАТЧИК ХОЛЛА [РадиолюбительTV 84]

Искать на сайте

Это и есть генератор Холла.

Все очень просто. Следующим этапом нам потребуется аккуратно отпаять ножки элемента от тестовой схемы и подключить его к стандартным контактам разъема.

Включаешь зажигание.

В схему датчика входит источник питания, преобразующий однополярное напряжение питания в двухполярное питание схемы. Вытяните штифт пассатижами. В исправном устройстве напряжение будет изменяться от 0,4 В до 11 В. Благодаря простым приемам автомобилист сэкономит свое время на ремонт, а также исключит ненужную трату денег.

Импульсы же возникают благодаря тому, что прорези идут не через одинаковое расстояние, а через разное, то есть они чередуются. Замена датчика: инструкция для автомобилистов Для установки нового датчика зажигания нужно правильно вынуть тот, который вышел из строя. Резисторы R1, R2 задают выходной ток нашего импульсного датчика.

Отсоедините крышку трамблера. Третий провод используется для передачи сигнала, полярность которого изменяется относительно общего провода питания. Подключите вольтметр к выходу датчика. Потребует применения такого датчика контроль оборотов выходных валов редукторов, контроль направления вращения двух и более синхронизируемых механизмов, учет расхода жидкости.

Датчики магнитного поля. Датчики Холла в схемах на МК

Еще раз проверяем работу тестером и на этом работа по ремонту датчика Холла можно считать завершенным. Если же невозможно установить исправный датчик, можно воспользоваться несложным устройством, которое будет дублировать его работу. Но наибольшее применение генератор Холла получил в автомобильной промышленности — для измерения положения распределительного и коленчатого валов, в качестве бесконтактного электронного зажигания и в других целях. Первые приборы получались довольно громоздкими и не очень эргономичными.

Применение неодимовых магнитов самых сильных постоянных магнитов позволяет уместить на диске достаточное количество малогабаритных магнитов. Обычно замена датчика Холла состоит из нескольких этапов: Прежде всего, трамблер снимается с машины. Также не стоит исключать из вида и другие неисправности системы зажигания , встречающиеся в автомобилях. Новый датчик Холла устанавливается в обратной последовательности. Наиболее легким способом считается замена прибора на исправный.
установка зажигания с датчиком холла на мотоцикле .БАШКИРИЯ СТЕРЛИТАМАК

Определение, принцип работы, применение и примеры датчика эффекта Холла

Напряжение Холла было обнаружено Эдвином Холлом в 1879 году. Эффект Холла возникает из-за природы тока в проводнике. Многие изобретения использовали эту теорию эффекта Холла. Эта теория также используется в датчиках тока, датчиках давления, датчиках потока жидкости и т. Д. Одним из таких изобретений, которые могут измерять магнитное поле, является датчик Холла.

Определение датчика Холла

Датчики Холла - это линейные преобразователи, которые используются для измерения величины магнитного поля.Работая по принципу эффекта Холла, эти датчики генерируют напряжение Холла при обнаружении магнитного поля, которое используется для измерения плотности магнитного потока.

Линейные датчики могут измерять широкий диапазон магнитных полей. Помимо магнитных полей, эти датчики также используются для определения близости, положения и скорости. Для этих датчиков выходное напряжение прямо пропорционально величине магнитного поля.

Принцип работы датчика Холла

Принцип действия напряжения Холла используется в качестве принципа работы датчика Холла.По тонкой полоске проводника при подаче электричества электроны текут по прямой линии. Когда этот заряженный проводник соприкасается с магнитным полем, которое направлено перпендикулярно движению электронов, электроны отклоняются.

Часть электронов собирается с одной стороны, а часть - с другой. Из-за этого одна из плоскостей проводника ведет себя как отрицательно заряженная, а другая - как положительно заряженная. Это создает разность потенциалов и напряжение.Это напряжение называется напряжением Холла.

Электроны продолжают перемещаться с одной стороны плоскости на другую, пока не будет достигнут баланс между силой, приложенной к заряженным частицам из-за электрического поля, и силой, вызвавшей магнитный поток, вызвавший это изменение. Когда это разделение прекращается, значение напряжения Холла в этот момент дает меру плотности магнитного потока.


Датчик на эффекте Холла Схема

В зависимости от соотношения между напряжением Холла и плотностью магнитного потока датчики на эффекте Холла бывают двух типов.В линейном датчике выходное напряжение линейно связано с плотностью магнитного потока. В пороговом датчике при каждой плотности магнитного потока выходное напряжение будет резко падать.

Датчики на эффекте Холла можно рассматривать как линейные преобразователи. Для обработки выходного сигнала датчика требуется линейная схема, которая может обеспечивать постоянный ток возбуждения для датчиков, а также усиливает выходной сигнал.

Применение датчика Холла

Датчики Холла применяются следующим образом:

  • В сочетании с обнаружением порогового значения они действуют как переключатель.
  • Они используются в приложениях со сверхвысокой надежностью, таких как клавиатуры.
  • Датчики на эффекте Холла используются для измерения скорости вращения колес и валов.
  • Они используются для определения положения постоянного магнита в бесщеточных электродвигателях постоянного тока.
  • Датчики на эффекте Холла встраиваются в цифровые электронные устройства вместе с линейными преобразователями.
  • Определение наличия магнитного поля в промышленных приложениях.
  • Используется в смартфоне для проверки, закрыта ли откидная крышка.
  • Для бесконтактного измерения постоянного тока в трансформаторах тока используется датчик Холла.
  • Используется как датчик для определения уровня топлива в автомобилях.

Примеры

Некоторыми примерами применения датчиков Холла являются трансформаторы тока, определение положения, аксессуары Galaxy S4, переключатель клавиатуры, компьютеры, датчик приближения, определение скорости, приложения измерения тока, тахометры, анти- замковые тормозные системы, магнитометры, двигатели постоянного тока, дисковые приводы и т. д.…

Датчики на эффекте Холла доступны в виде различных ИС.Многие из имеющихся на рынке датчиков Холла содержат сенсорный элемент вместе с усилителем IC с высоким коэффициентом усиления. Они защищены от изменений окружающей среды благодаря своей защитной упаковке. Какую из микросхем датчика Холла вы использовали?

.

Что такое датчик эффекта Холла? - Принцип действия датчика Холла, типы обнаружения

Определение: Датчик эффекта Холла - это твердотельное устройство , которое переключается в активное состояние, когда его вводят в магнитное поле . Выходное напряжение датчика Холла зависит от магнитного поля вокруг него. При изменении магнитного поля на полупроводниковой пластине также изменяется плотность магнитного потока , из-за чего изменяется выходное напряжение датчика Холла.

Принцип действия датчика Холла

Датчик Холла работает по принципу эффекта Холла .

Согласно эффекту Холла, когда полупроводниковая пластина помещается в магнитное поле, при условии, что силовые линии магнитного поля перпендикулярны оси полупроводникового образца, и ток может проходить вдоль оси полупроводникового образца, то на носители заряда полупроводникового прибора действует магнитная сила. .

Из-за этой магнитной силы они сдвигаются в сторону i.е по направлению к краям плиты. Вследствие этого создается электрическое поле из-за скопления носителей заряда по краям. Таким образом, выходное напряжение зависит от изменения магнитного поля. Эффект Холла основан на принципе Лоренца.

Датчики

на эффекте Холла используют это явление эффекта Холла для измерения фундаментальных величин, таких как положение, скорость, полярность и т. Д. Два ключевых термина, связанных с магнитным полем, - это плотность магнитного потока и полярность (Северный полюс и Южный полюс).Датчики на эффекте Холла используют эти термины для определения чувствительности.

Выходное напряжение, создаваемое датчиком, напрямую зависит от плотности магнитного потока. Таким образом, если магнитное поле на датчике изменяется, выходной сигнал эффекта Холла также изменяется. Таким образом, он обеспечивает операцию считывания.

Датчик Холла и магнитный датчик

Вы, должно быть, думаете, что магнитный датчик тоже делает то же самое. Итак, можем ли мы связать датчик Холла с магнитным датчиком? Да, датчик Холла - это только тип магнитного датчика.Магнитные датчики также определяют положение и скорость с помощью изменения плотности магнитного потока.

Принципиальная схема переключателя на эффекте Холла с датчиком на эффекте Холла

Выходное напряжение датчика Холла очень мало. Даже при большой величине магнитного поля создаваемое выходное напряжение остается низким. Таким образом, усилители постоянного тока используются для усиления выходного напряжения. Кроме того, для получения регулируемого напряжения используются также регуляторы и схемы переключения.

Датчик Холла может обеспечивать как линейный, так и нелинейный выходной сигнал i.е. Цифровой выход. Напряжение Холла изменяется линейно с напряженностью магнитного поля H в случае линейного выхода.

Изменение выходного напряжения в зависимости от плотности магнитного потока показано на диаграмме ниже.

Датчик Холла с линейным и цифровым выходом

Выше мы обсуждали, что линейные аналоговые датчики генерируют выходное напряжение, которое изменяется с изменением плотности магнитного потока приложенного магнитного поля.По прошествии определенного времени значение выходного напряжения становится постоянным со значением плотности магнитного потока. Таким образом, достигается стадия насыщения.

На этой стадии насыщения выходное напряжение не будет увеличиваться с увеличением плотности магнитного потока. Он становится насыщенным. Выходное напряжение будет низким, если напряженность магнитного поля низкая, и выходное напряжение будет высоким, если напряженность магнитного поля высокая.

В случае Цифровой выход датчика Холла выход будет состоять только из двух ступеней i.е. Включить и выключить. В датчиках Холла с цифровым выходом триггер Шмита используется в координации с OP-AMP (т. Е. Операционным усилителем), который формирует встроенный гистерезис. Как следствие, нет колебаний выходного напряжения.

Датчики Холла с цифровым выходом

бывают двух типов: , биполярные, и , однополярные. Bipolar использует магнитное поле положительной полярности, то есть южный полюс, для активации датчика и отрицательный полюс, то есть северный полюс, для деактивации датчика.Напротив, однополярный цифровой выходной датчик на эффекте Холла использует только положительный полюс, то есть южный полюс, для активации, а также для деактивации датчика Холла.

Типы обнаружения датчиком Холла

  1. Конфигурация обнаружения в лоб: При обнаружении в лоб магнит движется вперед по направлению к лицевой стороне датчика Холла. Магнитное поле перпендикулярно активной области элемента Холла. Эта конфигурация датчиков Холла генерирует выходное напряжение в соответствии с силой магнитного поля.

Позволяет определять напряженность магнитного поля и плотность магнитного потока на определенном расстоянии от датчика Холла.

  1. Конфигурация бокового обнаружения: При боковом обнаружении датчика Холла он перемещается в сторону и удерживается около активной области датчика Холла .
  2. Обнаружение положения: Конфигурация обнаружения положения на эффекте Холла показана на диаграммах ниже.Здесь используется светодиод, мы также можем использовать транзистор, если выходной сигнал, генерируемый датчиком эффекта Холла, должен использоваться для процесса переключения более высокой нагрузки.

Применение датчика Холла

Датчики на эффекте Холла используются для определения положения, поэтому они часто используются как датчики приближения . Их также можно использовать в приложении, в котором мы используем оптические и световые датчики. Датчики на эффекте Холла лучше использовать, потому что оптические датчики и света могут быть подвержены влиянию условий окружающей среды, в то время как датчики эффекта Холла также могут эффективно работать в пыли, воздухе или других внешних факторах окружающей среды.

.Принципиальная схема магнитной дверной сигнализации

с использованием датчика Холла и таймера 555 IC

Дверная сигнализация - очень распространенное и полезное устройство для обеспечения безопасности. Они используются для определения того, открыта или закрыта дверь. Часто мы видели дверную сигнализацию в холодильнике, которая при срабатывании издавала другой звук. Проекты дверной сигнализации очень популярны среди студентов и любителей электроники. Мы также построили множество сигнализаций на основе различных технологий:

На этот раз мы решили сделать дверную сигнализацию , используя датчик Холла и микросхему таймера 555.

Необходимые компоненты:

  1. 555 Таймер IC
  2. Зуммер
  3. Хлебная доска
  4. Резистор 1К -4
  5. Резистор 10К
  6. 50к горшок
  7. светодиод
  8. 10 мкФ Конденсатор
  9. Перемычка
  10. Аккумулятор 9 В или питание
  11. LM7805 Регулятор напряжения
  12. Транзистор BC547
  13. 3144 Магнитный датчик на эффекте Холла

Датчик эффекта Холла:

Датчик Холла - это устройство, которое может определять присутствие магнита в зависимости от его полярности.Это преобразователь, который генерирует сигнал в соответствии с присутствующим рядом магнитным полем. Здесь мы использовали датчик Холла 3144 с диапазоном действия около 2 см.

Как следует из названия, датчик на эффекте Холла работает по принципу «эффекта Холла» . Согласно этому закону, «когда проводник или полупроводник с током, текущим в одном направлении, вводился перпендикулярно магнитному полю, напряжение могло быть измерено под прямым углом к ​​пути тока».Используя эту технику, датчик Холла сможет обнаружить присутствие магнита вокруг него. Ранее мы подключили датчик Холла к Arduino и сделали несколько проектов с использованием датчика Холла.

Принципиальная схема и пояснения:

В схеме магнитной дверной сигнализации мы использовали микросхему таймера 555 в нестабильном режиме для генерации тонального сигнала в качестве сигнала тревоги; Частоту тона можно регулировать с помощью прилагаемого потенциометра RV1.Здесь мы подключили резистор 1 кОм (R1) между Vcc и контактом 7-го таймера 555 (U2) и резистор 1 кОм (R4) и потенциометр 50 кОм (RV1) между контактами 7 и 6. Контакт 2 закорочен с контактом 6 и 10 мкФ C1. Конденсатор подключен к выводу 2 относительно земли. Контакт 1 подключен к земле, а контакт 4 напрямую подключен к VCC и контакту 8 с помощью транзистора. Датчик Холла или магнит Датчик используется для определения того, открыта и закрыта дверь. Его выход подключен к базе транзистора BC547, который отвечает за обеспечение пути к микросхеме таймера 555.Зуммер и светодиод подключены к контакту 3 разъема 555 для индикации тревоги. Наконец, мы подключили батарею 9 В для питания цепи.

Рабочее пояснение:

Работать с этой магнитной дверной сигнализацией сложно. Здесь мы сделали нестабильный мультивибратор 555 для генерации сигнала тревоги, как мы уже упоминали. Но мы управляем этим нестабильным мультивибратором U2 с помощью датчика Холла U3 через NPN-транзистор Q1 BC547.

Когда мы помещаем магнат рядом с датчиком Холла , датчик Холла определяет магнитное поле и генерирует выходной сигнал низкого уровня. Этот вывод идет на базу транзистора. Из-за низкого сигнала транзистор остается выключенным, питание на микросхему таймера 555 не подается, а зуммер остается тихим при выключенном светодиоде.

Теперь , когда мы берем магнейт далеко от датчика Холла , тогда датчик Холла генерирует сигнал высокого уровня, который идет на базу транзистора.Из-за высокого сигнала транзистор включается и оставляет путь для нестабильного питания мультивибратора. А когда нестабильный мультивибратор получает питание, он начинает работать и также издает звуковой сигнал и мигает светодиод. Пользователь может изменить частоту тона, перемещая потенциометр RV1.

Итак, теперь мы можем прикрепить эту схему к дверной раме и магнит к дверям, теперь, когда ворота закрыты, магнит (дверь) и датчик холла (дверная рама) останутся рядом, а сигнализация останется выключенной.Всякий раз, когда кто-то открывает дверь, магнит ускользает от датчика Холла, и он устанавливает высокий уровень датчика Холла и запускает светодиод и сигнализацию, подключенную к 555 IC.

.

Различные типы датчиков и их работа

Эра автоматизации уже началась. Большинство вещей, которые мы используем сейчас, можно автоматизировать. Чтобы спроектировать автоматизированные устройства, нам сначала нужно знать о датчиках, это модули / устройства, которые помогают делать вещи без вмешательства человека. Даже мобильные телефоны или смартфоны, которые мы используем ежедневно, будут иметь некоторые датчики, такие как датчик Холла, датчик приближения, акселерометр, сенсорный экран, микрофон и т. Д. Эти датчики действуют как глаза, уши, нос любого электрического оборудования, которое определяет параметры внешнего мира и дает показания к устройствам или микроконтроллеру.

Что такое датчик?

Датчик можно определить как устройство, которое можно использовать для измерения / обнаружения физической величины, такой как сила, давление, деформация, свет и т. Д., А затем преобразовать ее в желаемый выходной сигнал, такой как электрический сигнал, для измерения приложенной физической величины . В некоторых случаях одного датчика может быть недостаточно для анализа полученного сигнала. В этих случаях используется блок формирования сигнала , чтобы поддерживать уровни выходного напряжения датчика в желаемом диапазоне относительно конечного устройства, которое мы используем.

В блоке преобразования сигнала выходной сигнал датчика может быть усилен, отфильтрован или изменен до желаемого выходного напряжения. Например, если мы рассмотрим микрофон, он обнаруживает аудиосигнал и преобразует его в выходное напряжение (в милливольтах), что затрудняет управление выходной цепью. Итак, для увеличения мощности сигнала используется блок формирования сигнала (усилитель). Но обработка сигнала может быть необязательной для всех датчиков, таких как фотодиод, LDR и т. Д.

Большинство датчиков не могут работать независимо. Значит, на него должно быть подано достаточное входное напряжение. Различные датчики имеют разные рабочие диапазоны, которые следует учитывать при работе с ними, иначе датчик может выйти из строя.

Типы датчиков:

Давайте посмотрим на различные типы датчиков, которые доступны на рынке, и обсудим их функции , работу, приложения и т. Д. Мы обсудим различные датчики, такие как:

  • Датчик освещенности
    • ИК-датчик (ИК-передатчик / ИК-светодиод)
    • Фотодиод (ИК-приемник)
    • Светозависимый резистор
  • Датчик температуры
  • Датчик давления / силы / веса
    • Тензодатчик (датчик давления)
    • Тензодатчики (датчик веса)
  • Датчик положения
  • Датчик Холла (обнаружение магнитного поля)
  • Гибкий датчик
  • Датчик звука
  • Ультразвуковой датчик
  • Датчик касания
  • ИК-датчик
  • Датчик наклона
  • Датчик газа

Нам нужно выбрать нужный датчик исходя из нашего проекта или приложения.Как было сказано ранее, для того, чтобы они работали, необходимо подавать соответствующее напряжение в соответствии с их характеристиками.

Теперь давайте посмотрим на принцип работы различных датчиков и где его можно увидеть в нашей повседневной жизни или ее применении.

ИК-светодиод:

Его также называют ИК-передатчиком. Он используется для излучения инфракрасных лучей . Диапазон этих частот больше, чем микроволновые частоты (то есть от> 300 ГГц до нескольких сотен ТГц).Лучи, генерируемые инфракрасным светодиодом, могут быть обнаружены фотодиодом, описанным ниже. Пара инфракрасного светодиода и фотодиода называется IR Sensor . Вот как работает ИК-датчик.

Фотодиод (датчик освещенности):

Это полупроводниковое устройство, которое используется для обнаружения световых лучей и в основном используется в качестве ИК-приемника . Его конструкция похожа на обычный диод с PN переходом, но принцип работы отличается от него.Поскольку мы знаем, что PN-переход допускает небольшие токи утечки при обратном смещении, это свойство используется для обнаружения световых лучей. Фотодиод сконструирован таким образом, что световые лучи должны попадать на PN-переход, что увеличивает ток утечки в зависимости от интенсивности подаваемого света. Таким образом, фотодиод , может быть использован для восприятия световых лучей и поддержания тока в цепи. Проверьте здесь работу фотодиода с ИК-датчиком.

Используя фотодиод, мы можем построить простой автоматический уличный фонарь, который светится, когда интенсивность солнечного света уменьшается. Но фотодиод работает, даже если на него падает небольшое количество света, поэтому следует соблюдать осторожность.

LDR (светозависимый резистор):

Поскольку само название указывает, что резистор зависит от силы света. Он работает по принципу фотопроводимости, что означает проводимость за счет света.Обычно он состоит из сульфида кадмия. Когда свет падает на LDR, его сопротивление уменьшается и действует аналогично проводнику, а когда на него не падает свет, его сопротивление почти находится в диапазоне МОм или, в идеале, он действует как разомкнутая цепь . Следует учитывать одно замечание относительно LDR: он не будет реагировать, если свет не точно сфокусирован на его поверхности.

При правильной схеме с использованием транзистора его можно использовать для определения наличия света.Транзистор с делителем напряжения с замененным резистором R2 (резистор между базой и эмиттером) на LDR может работать как детектор света. Посмотрите здесь различные схемы, основанные на LDR.

Термистор (датчик температуры):

Термистор может использоваться для обнаружения изменения температуры . Имеет отрицательный температурный коэффициент, что означает, что при повышении температуры сопротивление уменьшается. Таким образом, сопротивление термистора может изменяться с повышением температуры, что вызывает прохождение через него большего тока.Это изменение текущего расхода можно использовать для определения величины изменения температуры. Применение термистора заключается в том, что он используется для обнаружения повышения температуры и управления током утечки в цепи транзистора, что помогает поддерживать его стабильность. Вот одно простое применение термистора для автоматического управления вентилятором постоянного тока.

Термопара (датчик температуры):

Другой компонент, который может обнаруживать изменение температуры , - это термопара. В его конструкции два разных металла соединены вместе, образуя соединение. Его основной принцип заключается в том, что когда соединение двух разных металлов нагревается или подвергается воздействию высоких температур, потенциал на их выводах меняется. Таким образом, изменяющийся потенциал можно в дальнейшем использовать для измерения величины изменения температуры.

Тензодатчик (датчик давления / силы):

Тензодатчик используется для определения давления при приложении нагрузки. . Он работает по принципу сопротивления, мы знаем, что сопротивление прямо пропорционально длине провода и обратно пропорционально его площади поперечного сечения (R = ρl / a). Тот же принцип можно использовать и для измерения нагрузки. На гибкой плате провод уложен зигзагообразно, как показано на рисунке ниже. Таким образом, когда к этой конкретной плате прилагается давление, она изгибается в направлении, вызывающем изменение общей длины и площади поперечного сечения провода. Это приводит к изменению сопротивления провода.Полученное таким образом сопротивление очень незначительное (несколько Ом), которое можно определить с помощью моста Уитстона. Тензодатчик помещается в одно из четырех плеч моста, при этом остальные значения остаются неизменными. Следовательно, когда к нему прикладывается давление, когда сопротивление изменяется, ток, проходящий через мост, изменяется, и давление может быть вычислено.

Тензодатчики

в основном используются для расчета величины давления, которое может выдержать крыло самолета, а также для измерения количества транспортных средств, разрешенных на конкретной дороге и т. Д.

Тензодатчик (датчик веса):

Весоизмерительные ячейки

похожи на тензодатчики, которые измеряют физическую величину, такую ​​как сила, и выдают выходной сигнал в виде электрических сигналов. Когда к весоизмерительному датчику прикладывается некоторое напряжение, его структура изменяется, вызывая изменение сопротивления, и, наконец, его значение может быть откалибровано с помощью моста Уитстона. Вот проект о том, как измерять вес с помощью тензодатчика.

Потенциометр:

Потенциометр используется для определения положения .Обычно он имеет различные диапазоны резисторов, подключенных к разным полюсам переключателя. Потенциометр может быть как поворотного, так и линейного типа. В поворотном типе стеклоочиститель соединен с длинным валом, который можно вращать. Когда вал вращается, положение грязесъемника изменяется так, что результирующее сопротивление меняется, вызывая изменение выходного напряжения. Таким образом, выход может быть откалиброван для обнаружения изменения его положения.

Кодировщик:

Для обнаружения изменения положения также можно использовать энкодер.Он имеет круговую вращающуюся дискообразную структуру со специальными отверстиями между ними, так что, когда ИК-лучи или световые лучи проходят через него, обнаруживаются только несколько световых лучей. Кроме того, эти лучи кодируются в цифровые данные (в двоичном формате), которые представляют конкретное положение.

Датчик Холла:

Само название говорит о том, что это датчик, работающий на эффекте Холла. Это можно определить как когда магнитное поле приближается к проводнику с током (перпендикулярно направлению электрического поля), тогда на данном проводнике возникает разность потенциалов.Используя это свойство, датчик Холла используется для обнаружения магнитного поля и выдает выходной сигнал в виде напряжения. Следует позаботиться о том, чтобы датчик Холла мог обнаруживать только один полюс магнита.

Датчик Холла используется в некоторых смартфонах, которые помогают выключить экран, когда откидная крышка (в которой есть магнит) закрыта на экране. Вот одно из практических применений датчика Холла в дверной сигнализации.

Гибкий датчик:

Датчик FLEX - это преобразователь, которого изменяет свое сопротивление при изменении его формы или при изгибе .Датчик FLEX имеет длину 2,2 дюйма или длину пальца. Это показано на рисунке. Проще говоря, сопротивление клеммы датчика увеличивается при ее изгибе. Это изменение сопротивления не принесет никакой пользы, если мы не сможем их прочитать. Контроллер под рукой может только считывать изменения напряжения и не меньше, для этого мы собираемся использовать схему делителя напряжения, с помощью которой мы можем получить изменение сопротивления как изменение напряжения. Узнайте здесь, как использовать датчик Flex.

Микрофон (датчик звука):

Микрофон можно увидеть на всех смартфонах или мобильных телефонах.Он может обнаруживать аудиосигналы и преобразовывать их в электрические сигналы малого напряжения (мВ). Микрофоны могут быть многих типов, например конденсаторный микрофон, кристаллический микрофон, угольный микрофон и т. Д. Каждый тип микрофона влияет на такие свойства, как емкость, пьезоэлектрический эффект, сопротивление соответственно. Давайте посмотрим на работу кристаллического микрофона, который работает на пьезоэлектрическом эффекте. Используется биморфный кристалл, который под давлением или вибрациями создает пропорциональное переменное напряжение.Диафрагма соединена с кристаллом через приводной штифт таким образом, что, когда звуковой сигнал попадает на диафрагму, он перемещается взад и вперед, это движение изменяет положение ведущего штифта, что вызывает колебания в кристалле, таким образом, генерируется переменное напряжение относительно приложенный звуковой сигнал. Полученное напряжение подается на усилитель для увеличения общей мощности сигнала. Вот различные схемы на основе микрофона.

Вы также можете преобразовать значение микрофона в децибелы с помощью микроконтроллера, например Arduino.

Ультразвуковой датчик:

Ультразвук означает не что иное, как диапазон частот. Его диапазон превышает слышимый диапазон (> 20 кГц), поэтому, даже если он включен, мы не можем воспринимать эти звуковые сигналы. Только определенные динамики и приемники могут воспринимать эти ультразвуковые волны. Этот ультразвуковой датчик используется для расчета расстояния между ультразвуковым излучателем и целью, а также используется для измерения скорости цели .

Ультразвуковой датчик HC-SR04 может использоваться для измерения расстояния в диапазоне от 2 до 400 см с точностью до 3 мм. Посмотрим, как работает этот модуль. Модуль HCSR04 генерирует звуковую вибрацию в ультразвуковом диапазоне, когда мы делаем вывод «Trigger» высоким примерно на 10 мкс, который отправляет звуковой импульс за 8 циклов со скоростью звука, и после удара по объекту он будет принят контактом Echo. В зависимости от времени, которое требуется звуковой вибрации, чтобы вернуться, он обеспечивает соответствующий импульсный выход.Мы можем рассчитать расстояние до объекта на основе времени, которое требуется ультразвуковой волне, чтобы вернуться обратно к датчику. Узнайте больше об ультразвуковом датчике здесь.

Ультразвуковой датчик используется во многих областях. Мы можем использовать его, чтобы избежать препятствий для автоматических машин, движущихся роботов и т. Д. Тот же принцип будет использован в РАДАРЕ для обнаружения ракет-нарушителей и самолетов. Комар может уловить ультразвуковые звуки. Итак, ультразвуковые волны можно использовать как средство от комаров.

Датчик касания:

В этом поколении мы можем сказать, что почти все используют смартфоны с широкоформатным экраном, который также может воспринимать наши прикосновения. Итак, давайте посмотрим, как работает этот сенсорный экран. В основном существует два типа сенсорных датчиков на резистивной основе и емкостные сенсорные экраны . Расскажем вкратце о работе этих датчиков.

Резистивный сенсорный экран имеет резистивный лист в основании и проводящий лист под экраном, оба из которых разделены воздушным зазором с небольшим напряжением, приложенным к листам.Когда мы нажимаем или касаемся экрана, проводящий лист касается резистивного листа в этой точке, вызывая протекание тока в этой конкретной точке, программное обеспечение определяет местоположение и выполняет соответствующее действие.

В то время как емкостное прикосновение работает с электростатическим зарядом, имеющимся на нашем теле. Экран уже заряжен всем электрическим полем. Когда мы касаемся экрана, образуется замкнутая цепь из-за электростатического заряда, протекающего через наше тело.Далее программное обеспечение определяет местоположение и действие, которое необходимо выполнить. Мы можем заметить, что емкостный сенсорный экран не будет работать в перчатках, потому что между пальцем (пальцами) и экраном не будет проводимости.

Датчик PIR:

Датчик

PIR обозначает пассивный инфракрасный датчик . Это , используемые для обнаружения движения людей, животных или предметов. Мы знаем, что инфракрасные лучи обладают свойством отражения.Когда инфракрасный луч попадает на объект, свойства инфракрасного луча меняются в зависимости от температуры объекта, и этот принятый сигнал определяет движение объектов или живых существ. Даже если форма объекта изменится, свойства отраженных инфракрасных лучей могут точно различать объекты. Вот полный рабочий или ИК-датчик.

Акселерометр (датчик наклона):

Датчик акселерометра может определять его наклон или движение в определенном направлении . Он работает на основе силы ускорения, вызванной земным притяжением. Его крошечные внутренние части настолько чувствительны, что отреагируют на небольшое внешнее изменение положения. Он имеет пьезоэлектрический кристалл, когда его наклонение вызывает возмущение в кристалле и генерирует потенциал, который определяет точное положение по отношению к осям X, Y и Z.

Обычно они используются в мобильных телефонах и ноутбуках, чтобы избежать поломки выводов процессора. Когда устройство падает, акселерометр определяет состояние падения и выполняет соответствующие действия на основе программного обеспечения.Вот несколько проектов, в которых используется акселерометр.

Датчик газа:

В промышленных приложениях газовые датчики играют важную роль в , обнаруживая утечку газа . Если такое устройство не будет установлено в таких местах, это в конечном итоге приведет к невероятной катастрофе. Эти датчики газа подразделяются на различные типы в зависимости от типа газа, который необходимо обнаружить. Посмотрим, как работает этот датчик. Под металлическим листом находится чувствительный элемент, который подключается к клеммам, на которые подается ток.Когда частицы газа ударяются о чувствительный элемент, это приводит к химической реакции, в результате которой изменяется сопротивление элементов, а также изменяется ток через него, что в конечном итоге позволяет обнаруживать газ.

Итак, наконец, мы можем сделать вывод, что датчики используются не только для упрощения нашей работы по измерению физических величин, что делает устройства автоматизированными, но также используются для помощи живым существам при стихийных бедствиях.

.Причина и следствие

: Поиск и устранение неисправностей датчиков Холла

Лампа с китовым маслом освещала место над кухонным столом, где Эдвин работал над тонкой прямоугольной полосой из золотой фольги. Он мог видеть свое отражение в полосе, и его мысли на мгновение заблудились, когда он подумал о том, каким усталым он выглядел. Было уже очень поздно, но Эдвин задумал что-то новое, что-то очень новое. Эдвин Холл работал над теорией электронного потока Кельвина, которая была представлена ​​примерно 30 годами ранее, в 1849 году.Во время работы он случайно заметил, что если через золотую полоску протекает ток и магнитное поле помещается перпендикулярно одной стороне полоски, то на краях полоски обнаруживается разность электрических потенциалов. Это открытие было приписано доктору Эдвину Холлу, и теперь оно называется эффектом Холла.

Как и многие другие открытия, блестящее наблюдение доктора Холла пришло не в результате его поиска, а в результате наблюдения чего-то необычного и последующего воздействия на него. Эффект Холла известен уже более 100 лет, но приложения для его использования не были разработаны до последних нескольких десятилетий.Автомобильная промышленность применила эту технологию ко многим системам, используемым в современных автомобилях, включая трансмиссию, систему контроля кузова, контроль тяги и антиблокировочную тормозную систему. Чтобы охватить эти различные системы, датчик на эффекте Холла конфигурируется несколькими способами / переключением, аналоговым и цифровым. Это датчики приближения; они не имеют прямого контакта, но используют магнитное поле для активации электронной схемы.

Эффект Холла может быть получен с помощью таких проводников, как металлы и полупроводники, и качество эффекта меняется в зависимости от материала проводника.Материал будет напрямую влиять на протекающие через него электроны или положительные ионы. В автомобильной промышленности обычно используются три типа полупроводников для изготовления элемента Холла / арсенида галлия (GaAs), антимонида индия (InSb) и арсенида индия (InAs). Самый распространенный из этих полупроводников - арсенид индия. Как и в эксперименте доктора Холла, важно, чтобы проводник был прямоугольным и очень тонким. Это дает пространство для протекающих через него носителей для разделения и объединения по краям.

Теперь давайте посмотрим на принцип эффекта Холла (рис. 1 и 2 выше). Если ток течет через проводник, и магнитному полю (магнитному потоку) позволяют двигаться через проводник перпендикулярно потоку тока, заряженные частицы дрейфуют к краям прямоугольной полосы. Эти заряженные частицы собираются на краях поверхности. Магнитный поток передает силу на проводник, которая заставляет напряжение (положительную силу) дрейфовать к одному краю, а электроны (отрицательная сила) дрейфовать к противоположному краю.Сила, действующая на текущий поток, называется силой Лоренца.

Пока к проводнику прикладывается магнитная сила, носители остаются на противоположных сторонах, создавая падение напряжения на проводнике. Этот перепад напряжения и есть напряжение Холла. Он пропорционален току, протекающему через него, напряженности магнитного поля и типу материала проводника. Если любая из этих трех переменных изменится, разность напряжений на проводнике также изменится. Вот почему элемент Холла должен иметь регулируемое напряжение, подаваемое на путь тока.Если ток регулируется и материал проводника задан, остается изменить только магнитную напряженность. Когда магнитная напряженность изменяется до угла 90 ° по отношению к пути тока, падение напряжения на проводнике также изменяется. Чем сильнее магнитный поток, тем больше падение напряжения на проводнике.

Генерируемое напряжение Холла является аналоговым сигналом. Этот сигнал Холла очень мал / обычно около 30 микровольт при магнитном поле 1 гаусс. Из-за небольшого генерируемого напряжения сигнал Холла необходимо усилить, если устройство будет использоваться в практических целях.

Тип усилителя, который лучше всего подходит для использования с элементом Холла, - это дифференциальный усилитель (рис. 3 на стр. 56), который усиливает только разность потенциалов между положительным и отрицательным входами. Если нет разницы напряжений между положительным и отрицательным входами усилителя, выходное напряжение усилителя не будет. Однако при наличии разности напряжений эта разница будет иметь линейное усиление. Величина усиления определяется дифференциальным усилителем, используемым в схеме.

Элемент Холла подключен напрямую к дифференциальному усилителю, поэтому активность элемента Холла отражается усилителем. Когда магнитное поле отсутствует в элементе Холла, не создается напряжение Холла и отсутствует выходное напряжение из усилителя. Когда к элементу Холла прикладывается магнитное поле, на элементе создается напряжение Холла. Дифференциальный усилитель обнаруживает этот перепад напряжения и усиливает его.

Способ использования датчика Холла определяет изменения схемы, необходимые для обеспечения правильного вывода на управляющее устройство.Этот выходной сигнал может быть аналоговым, например датчик положения ускорения или датчик положения дроссельной заслонки, или цифровым, например датчиком положения коленчатого или распределительного вала.

Давайте рассмотрим эти различные конфигурации датчика Холла. Когда элемент Холла должен использоваться для аналогового датчика, который может использоваться для шкалы температуры в системе климат-контроля или датчика положения дроссельной заслонки в системе управления трансмиссией, сначала необходимо изменить схему. Элемент Холла подключен к дифференциальному усилителю, а усилитель - к транзистору NPN (рис.4). Магнит прикреплен к вращающемуся валу. При вращении вала магнитное поле усиливается на элементе Холла. Создаваемое напряжение Холла пропорционально напряженности магнитного поля.

Если бы вал дроссельной заслонки контролировался PCM, магнит вращался бы вместе с валом дроссельной заслонки. На холостом ходу дроссельная заслонка была закрыта. В этом случае напряженность магнитного поля будет низкой, а создаваемое напряжение Холла будет низким. Дифференциальный усилитель будет иметь небольшую разность потенциалов, а выход усилителя будет низким.База транзистора NPN будет получать выходной сигнал усилителя.

Поскольку напряжение на базе низкое, усиление транзистора NPN также низкое. В этом состоянии выходное напряжение TPS будет порядка 1 вольт. Когда двигатель находится под нагрузкой, вал дроссельной заслонки вращается, открывая дроссельную заслонку. При вращении вала дроссельной заслонки на элементе Холла усиливается магнитное поле. Создаваемое напряжение Холла увеличивается пропорционально напряженности магнитного поля. Когда напряжение Холла увеличивается, дифференциальный усилитель получает свою разность потенциалов.Затем усилитель усиливает разницу между отрицательным и положительным входами. Этот возрастающий выходной сигнал отправляется на базу NPN-транзистора, который затем усиливает сигнал, создавая выходной сигнал датчика положения дроссельной заслонки. Этот линейный выходной сигнал пропорционален вращению вала дроссельной заслонки.

Выходные данные TPS отправляются в PCM, где он сообщает угол вала дроссельной заслонки. Микропроцессор PCM не может напрямую считывать аналоговое напряжение, отправляемое с TPS. Этот сигнал должен быть преобразован в двоичный формат - 1 и 0.Для этого используется устройство, называемое аналого-цифровым преобразователем. В большинстве случаев используется 8-битный аналого-цифровой преобразователь. Это устройство преобразует уровень напряжения в серию единиц и нулей, которые микропроцессор может декодировать и использовать для определения фактического угла вала дроссельной заслонки.

Когда элемент Холла должен использоваться для цифрового сигнала, например, в датчике положения коленчатого или распределительного вала или датчике скорости транспортного средства, сначала необходимо изменить схему. Элемент Холла подключен к дифференциальному усилителю, который подключен к триггеру Шмитта.В этой конфигурации датчик выдает цифровой сигнал включения / выключения. В большинстве автомобильных цепей датчик Холла является поглотителем тока или заземляет сигнальную цепь. Для этого к выходу триггера Шмитта подключается NPN-транзистор (рис. 5). Магнит расположен напротив элемента Холла. Спусковое колесо, или цель, расположено так, чтобы затвор мог находиться между магнитным полем и элементом Холла.

Когда заслонка не находится между магнитом и элементом Холла, магнитное поле проникает через элемент Холла, создавая напряжение Холла.Это напряжение подается на положительный и отрицательный входы дифференциального усилителя. Усилитель повышает это дифференциальное напряжение и отправляет его на вход триггера Шмитта (цифровое устройство запуска). Когда напряжение от дифференциального усилителя увеличивается, оно достигает порога включения или рабочей точки. В этой точке срабатывания триггер Шмитта меняет свое состояние, позволяя отправить сигнал напряжения.

Точка срабатывания (отключения) установлена ​​на более низкое напряжение, чем точка включения.Назначение этой разницы между точками включения и выключения (гистерезис) состоит в том, чтобы исключить ложное срабатывание, которое может быть вызвано незначительными отклонениями от дифференциального усилителя. Триггер Шмитта включается, и выходное напряжение отправляется на базу NPN-транзистора. Когда на базе транзистора присутствует напряжение, транзистор включен.

Регулятор напряжения блока управления подает напряжение на резистор или нагрузку. Схема резистора подключена к коллектору транзистора NPN, и когда NPN включен, ток течет в коллектор и выходит из эмиттера на землю.В этом состоянии сигнал заземлен. Поскольку резистор находится внутри блока управления, напряжение находится на плече заземления и будет падать очень близко к напряжению заземления.

При вращении спускового колеса затвор перемещается между магнитом и элементом Холла. Так как спусковое колесо сделано из железа, оно притягивает магнитное поле к затвору. В этот момент элемент Холла больше не имеет магнитного поля, проникающего через него, и напряжение Холла не создается. Без напряжения Холла дифференциальный усилитель не имеет выхода на триггер Шмитта.В свою очередь, триггер Шмитта не имеет выхода напряжения на базу NPN-транзистора, и транзистор меняет состояние и закрывается. Затем земля снимается с груза. Это создает разрыв цепи. В разомкнутой цепи присутствует напряжение источника. Если бы регулятор напряжения был источником 5 вольт, то напряжение в разомкнутой цепи было бы 5 вольт. При вращении заслонка выдвигается между магнитом и элементом Холла. Включается цепь, замыкающая заземляющую ногу от нагрузки.Таким образом, напряжение сигнала падает очень близко к земле. Этот цикл повторяется для создания цифрового сигнала от датчика Холла с экранированным полем.

Зубчатый датчик Холла (рис. 6) - это еще один тип цифрового датчика включения / выключения. Над элементом Холла помещается магнит смещения. В этом датчике магнитное поле всегда проникает через элемент Холла, и всегда присутствует напряжение Холла. Когда зуб шестерни или цель проходит под элементом Холла, магнитное поле в элементе усиливается.По мере усиления магнитного поля напряжение Холла увеличивается. Это напряжение отправляется в схему, которая сравнивает выходное напряжение холла без зубцов с выходным напряжением холла.

Чтобы этот датчик работал, цель должна пройти мимо элемента Холла. В положении без зубцов конденсатор заряжается для хранения незубчатого напряжения Холла, чтобы можно было сравнить его с зубчатым напряжением Холла. Когда передняя кромка зуба приближается к датчику, напряжение Холла увеличивается до заданной точки срабатывания.В этот момент компаратор отправляет сигнал в схему триггера. Триггер подает сигнал напряжения на транзистор NPN и включает его. Транзистор NPN подключен к цепи резистора в блоке управления.

Одна сторона резистора подключена к регулятору напряжения, другая сторона - к коллектору NPN-транзистора. Когда транзистор меняет состояние и включается, напряжение сигнала сбрасывается на землю. Когда цель вращается и задняя кромка зубца проходит через датчик Холла, напряжение падает ниже заданной точки срабатывания, и компаратор подает напряжение на цепь запуска и выключает NPN-транзистор.Затем транзистор меняет состояние и размыкает цепь. Теперь в сигнальной цепи присутствует напряжение источника. Если регулятор представляет собой источник 5 В, напряжение сигнала теперь составляет 5 В. Когда зуб проходит под датчиком Холла, цепь активируется и тянет этот 5-вольтовый сигнал на землю. Этот цикл повторяется для создания цифрового выходного сигнала датчика Холла с зубчатым колесом.

Для поиска неисправностей в этих цепях (см. Рис. 7 и 8) необходимо измерить падение напряжения на питании, заземлении и сигнале.Если сигнал правильный на низком и высоком выходах, питание и заземление также будут в норме. Если источником питания является аккумуляторное напряжение, регулятор напряжения расположен внутри датчика Холла. Если питание подается от электронного модуля, регулятор напряжения находится в этом модуле. Если источник питания падает из-за падения напряжения (сопротивления) или из-за проблемы регулятора, выходной сигнал также упадет. Если напряжение питания увеличивается, выходной сигнал также увеличивается. Если напряжение заземления увеличивается из-за падения напряжения (сопротивления), выходной сигнал также увеличивается.

С аналоговым датчиком Холла, если есть падение напряжения или разрыв цепи между датчиком Холла и модулем управления, напряжение сигнала будет правильным на датчике, но неправильным на модуле. Если напряжение на модуле правильное, а напряжение на диагностическом приборе неправильное, то в аналого-цифровом преобразователе внутри блока управления может быть проблема. Перед заменой блока всегда проверяйте питание, массу и сигналы на модуле управления.

Осциллограф необходим для диагностики цифрового датчика.Следующие рекомендации помогут вам поставить диагноз:

• С цифровым датчиком на эффекте Холла, если сигнал на датчике высокий, прерывистый или полностью отсутствует, цепь от модуля управления исправна.
• В разных блоках управления используются разные уровни напряжения сигнала; Обычны 5, 8, 9 и 12 вольт. Этот уровень напряжения сигнала должен быть в пределах 10% от целевого напряжения, иначе блок управления не обнаружит изменение состояния напряжения.
• Если сигнал низкий, прерывистый или полностью неработающий, регулятор напряжения или цепь в блоке управления могут быть неисправны, сигнальный провод может быть разомкнут или заземлен, или датчик эффекта Холла может быть неисправен и тянет сигнал на землю.
• Если уровень напряжения заземления датчика не находится в пределах 10% от напряжения заземления автомобиля, блок управления не обнаружит изменение состояния сигнала.
• Если напряжение остается высоким или низким, убедитесь, что цель движется.
• При выходе из строя нескольких датчиков Холла убедитесь, что цель не попадает в один из них.
• Когда сигнальный провод Холла закорочен или периодически или постоянно закорочен на источник питания, он сгорает в электронных схемах внутри датчика Холла и обычно приводит к замыканию сигнала на землю.Датчик Холла рассчитан на ток 20 миллиампер или меньше. Резистор расположен в сигнальной цепи, поэтому он может ограничивать ток, протекающий по этой цепи. Если сопротивление этого резистора снизится, ток увеличится, что приведет к отказу нескольких датчиков Холла.

Существует множество конфигураций датчиков Холла. Все эти устройства работают по одним и тем же основным принципам, описанным здесь. Когда вы работаете в сервисном отделении, позвольте своему блеску сиять, как доктор Эдвин Холл.Обратите внимание на то, что необычно, и действуйте в соответствии с этим.

Скачать PDF

.

A3144 Распиновка датчика Холла, работа, альтернативы и техническое описание

Конфигурация контактов:

Номер:

Имя контакта

Описание

1

+ 5 В (Vcc)

Используется для питания датчика Холла, обычно используется + 5В

2

Земля

Подключить к земле цепи

3

Выход

Этот вывод переходит в высокий уровень, если обнаружен магнит.Выходное напряжение равно рабочему напряжению.

Датчик Холла Технические характеристики:

  • Датчик Холла с цифровым выходом
  • Рабочее напряжение: от 4,5 В до 28 В (обычно 5 В)
  • Выходной ток: 25 мА
  • Может использоваться для обнаружения обоих полюсов магнита
  • Выходное напряжение равно рабочему напряжению
  • Рабочая температура: от -40 ° C до 85 ° C
  • Время включения и выключения составляет 2 мкс каждое
  • Встроенная защита от обратной полярности
  • Подходит для автомобильного и промышленного применения

Примечание. Чтобы узнать, почему эти параметры важны, читайте дальше.Также внизу страницы

можно найти техническое описание датчика Холла A3144 .

Альтернативные цифровые датчики на эффекте Холла:

A3141, A3142, A3143, US1881, OH090U

Другие аналоговые датчики на эффекте Холла:

A1321, A1302, SS495B, ASC712

Где использовать датчик Холла:

Датчик на эффекте Холла, как следует из его названия, работает по принципу эффекта Холла и используется для обнаружения магнитов.Каждая сторона датчика может обнаруживать один конкретный полюс. Его также можно легко связать с микроконтроллером, поскольку он работает на транзисторной логике.

Итак, если вы ищете датчик для обнаружения магнита для измерения скорости движущегося объекта или просто для обнаружения объектов, то этот датчик может быть идеальным выбором для вашего проекта.

Как использовать датчик Холла:

Существует двух основных типов датчиков Холла : один дает аналоговый выход, а другой - цифровой. A3144 - датчик Холла с цифровым выходом. Это означает, что при обнаружении магнита выходной сигнал станет низким, в противном случае выходной сигнал останется высоким. Также обязательно использовать подтягивающий резистор, как показано ниже, чтобы поддерживать высокий выход, когда магнит не обнаружен.

На приведенной выше принципиальной схеме резистор R1 (10 кОм) используется в качестве подтягивающего резистора, а конденсатор C1 (0,1 мкФ) используется для фильтрации любых шумов, которые могут быть связаны с цифровым выходом.

Заявки:

  • Используется для обнаружения магнитов (объектов) в системах автоматизации
  • Используется в магнитной дверной сигнализации
  • Измерить скорость в автомобиле
  • Обнаружение полюса магнитов в двигателях BLDC

2D Модель A3144 (сквозное отверстие):

.

Смотрите также