0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Датчик холла принцип работы

Датчик Холла: назначение и принцип работы

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.

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.

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.

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.

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.

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

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

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

Что такое датчик Холла

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

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

Внешнее магнитное поле используется для активации этих датчиков эффекта Холла. Когда плотность магнитного потока в окрестности датчика выходит за пределы определенного определенного порога, он обнаруживается датчиком. При обнаружении датчик генерирует выходное напряжение, которое также известно как напряжение Холла.

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

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

Принцип работы датчика Холла

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

Читать еще:  Регулировка клапанов зил 130

Как работает датчик Холла

Работа датчика Холла описана ниже:

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

Типы датчиков Холла

Датчики эффекта Холла можно разделить на два типа:

  • На основании Вывода
  • На основании операции

На основе результатов

На основе выходных данных датчики Холла можно разделить на два типа:

  • Датчики Холла с аналоговым выходом
  • Датчики Холла с цифровым выходом

Датчики Холла с аналоговым выходом

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

Эти датчики имеют непрерывный линейный выход. Благодаря этому свойству они подходят для использования в качестве датчиков приближения.

Датчики Холла с цифровым выходом

Датчики эффекта Холла с цифровым выходом имеют только два выхода: «ВКЛ» и «ВЫКЛ». Эти датчики имеют дополнительный элемент «триггер Шмитта» по сравнению с датчиками Холла с аналоговым выходом.

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

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

На основе операции

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

  • Биполярный датчик Холла
  • Униполярный датчик Холла

Биполярный датчик Холла

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

Униполярный датчик Холла

Как следует из названия, эти датчики требуют только положительного магнитного поля южного полюса магнита, чтобы активировать, а также отпустить датчик.

Применение датчика Холла

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

  • Применение аналоговых датчиков Холла
  • Применение цифровых датчиков Холла

Применение аналоговых датчиков Холла

Аналоговые датчики с эффектом Холла используются для:

  • Измерение постоянного тока в токоизмерительных клещах (также известных как Tong Testers).
  • Определение скорости вращения колеса для антиблокировочной тормозной системы (ABS).
  • Устройства управления двигателем для защиты и индикации.
  • Чувствуя наличие питания.
  • Зондирование движения.
  • Чувствуя скорость потока.
  • Датчик давления в мембранном манометре.
  • Ощущение вибрации.
  • Обнаружение черного металла в детекторах черного металла.
  • Регулирование напряжения

Применение цифровых датчиков Холла

Цифровые датчики эффекта Холла используются для:

  • Определяя угловое положение коленчатого вала для угла зажигания свечей зажигания.
  • Чувство положения автомобильных сидений и ремней безопасности для контроля подушек безопасности.
  • Беспроводная связь.
  • Чувствительное давление
  • Ощущение близости.
  • Чувствительная скорость потока.
  • Чувствительная позиция клапанов.
  • Ощущение положения объектива.

Преимущества датчиков Холла

Датчики эффекта Холла имеют следующие преимущества:

  • Они могут использоваться для нескольких функций датчика, таких как определение положения, определение скорости, а также для определения направления движения.
  • Поскольку они являются твердотельными устройствами, они абсолютно не подвержены износу из-за отсутствия движущихся частей.
  • Они почти не требуют обслуживания.
  • Они крепкие.
  • Они невосприимчивы к вибрации, пыли и воде.

Недостатки датчиков Холла

Датчики эффекта Холла имеют следующие недостатки:

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

Как большие электрические нагрузки можно контролировать с помощью датчиков Холла

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

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

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

Как работает датчик Холла Видео

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

Как проверить датчик Холла в автомобиле

Дата публикации: 25 ноября 2018 .
Категория: Автотехника.

Любой современный автомобиль «напичкан» самыми различными датчиками. Сигналы от них поступают на электронный блок управления (ЭБУ), бортовой компьютер или непосредственно на приборную панель. В данной статье речь пойдет о датчике Холла, его использовании в автомобиле и способах самостоятельной проверки работоспособности этого сенсора.

Принцип работы

Принцип эффекта Холла (он получил свое название в честь ученого, впервые обнаружившего его еще во второй половине XVIII века):

Читать еще:  Пробка на мкаде сейчас причина

  • Если к полупроводниковой прямоугольной пластинке (в точках A и B) подключить источник постоянного напряжения, то электрический ток, протекающий через нее, будет представлять собой прямолинейное встречное движение отрицательно и положительно заряженных частиц (то есть, электронов и «дырок»).
  • Подсоединенный к точкам C и D вольтметр показывает «0» (это значит, что напряжение отсутствует).

  • Если к пластине подносят постоянный магнит, то создаваемое им поле отклоняет движение заряженных частиц к внешним граням полупроводникового прямоугольника. В результате этого между точками C и D возникает разность потенциалов, то есть, наблюдается наличие напряжения (Vh). Что и фиксируется вольтметром.

Многие датчики в автомобилях работают именно на основе вышеописанного эффекта Холла. Естественно, напряжение на полупроводниковой пластинке минимально и его недостаточно для непосредственной подачи на бортовой компьютер. Современные технологии позволили создать на основе эффекта чип, состоящий из нескольких функциональных устройств:

  • непосредственно полупроводниковой пластинки Холла, которую изготавливают из арсенида галлия (GaAs), антимонида индия (InSb) или арсенида индия (InAs);
  • усилителя напряжения;
  • триггера Шмидта;
  • регулятора напряжения (для предотвращения выхода из строя при резких скачках напряжения бортовой сети);
  • выходного коммутирующего транзистора.

В результате при изменении интенсивности магнитного поля, воздействующего на полупроводниковую пластинку, на выходе устройства получают «понятные» бортовому компьютеру нули и единицы.

Технологически современные сенсоры Холла представляют собой микросхему с тремя выводами для:

  • подключения напряжения питания;
  • заземления;
  • снятия преобразованного датчиком сигнала.

Применение в автомобиле

В современных автомобилях датчики Холла находят довольно широкое применение. Их используют:

  • В распределителях (или как принято называть в народе трамблерах) бесконтактных систем зажигания бензиновых двигателей.
  • Для контроля оборотов двигателя и вывода показаний непосредственно на тахометр приборной доски.
  • В дизельных моторах в качестве датчиков определения положения коленчатого и распределительного вала, для того, чтобы бортовой компьютер «смог» определить положение первого цилиндра и синхронизировать работу форсунок. Более подробно об это рассказано в представленном ниже видео:

  • В системах АБС.
  • Для синхронизации работы отдельных узлов автоматических коробок передач.

Датчик Холла в системе зажигания

В современных бесконтактных системах зажигания вместо механического размыкателя применяют датчик Холла. Сам сенсор установлен на корпусе трамблера и имеет специальную прорезь, с одной стороны которой установлен постоянный магнит, с другой – микросхема с чувствительным элементом. На оси прерывателя закреплена металлическая коронка с прямоугольными зубцами и прорезями (в соответствии с количеством цилиндров двигателя). Сам принцип работы достаточно прост. При вращении ротора распределителя металлические зубцы коронки проходят через зазор датчика Холла.

  • Когда щель между постоянным магнитом и чипом свободна (это происходит в момент прохождения прорези вращающейся коронки через зазор датчика), на выходе сенсора напряжение отсутствует (либо оно минимально). ЭБУ «воспринимает» такой сигнал как логический ноль.
  • И наоборот, когда металлическая пластина входит в зазор датчика и перекрывает магнитный поток, на выходе устройства появляется значительное напряжение, которое поступает на ЭБУ. Блок «включает» в работу высоковольтную катушку и в нужном цилиндре происходит воспламенение воздушно-топливной смеси.

Для информации! Существуют датчики (в зависимости от марки автомобиля и прошивки его «мозгов»), алгоритм работы которых выглядит с точностью «до наоборот» (по сравнению с вышеописанным).

Как проверить самостоятельно

Вполне стандартная ситуация: двигатель плохо заводится, работает нестабильно или периодически глохнет. Описанные симптомы вполне могут быть вызваны неисправностью датчика Холла, установленного в распределителе зажигания. Как проверить его работоспособность? Наиболее правильно (с технической точки зрения) осуществлять это с помощью осциллографа. Однако, такой дорогостоящий измерительный прибор редко встречается «в хозяйстве» автолюбителя. А, вот стандартный мультиметр есть, практически, у всех. Именно с помощью него можно довольно легко проверить работоспособность сенсора. Для этого сначала собираем схему:

Далее все просто:

  • Включаем блок питания (или просто подсоединяем провода к снятому с автомобиля аккумулятору): при этом показания вольтметра должны быть близкими к нулю (как правило, не более 0,3÷0,4 В).
  • Вставляем в щель датчика плоский металлический предмет (подойдет пилка по металлу или нож). Если показания прибора резко увеличиваются (величина напряжения зависит от марки тестируемого сенсора), то датчик Холла исправен. В противном же случае можно сделать заключение, что перебои в работе двигателя происходили именно из-за него, и, следовательно, он подлежит замене на новый.

Если у вас нет мультиметра, то вместо него можно использовать светодиод (рассчитанный на прямое напряжение около 12 В и стоимостью порядка 10÷12 рублей), чтобы проверить датчик по аналогичному алгоритму.

На заметку! В качестве источника питания можно использовать регулируемый лабораторный блок или, в крайнем случае, батарейку типа «Крона» напряжением 9 В.

Проверка датчика положения коленчатого и распределительного вала

Датчики положения распределительного и коленчатого вала, основанные на эффекте Холла работают несколько иначе (по сравнению с сенсорами, которые устанавливают в распределители бесконтактных систем зажигания).

  • На вал установлен специальный зубчатый ферромагнитный диск. Причем, в строго определенном месте один или два зубца отсутствуют.
  • В непосредственной близости от торца диска закреплен датчик Холла (с минимальным зазором).
  • При вращении вала напротив сенсора последовательно оказывается либо выступающий зубец диска, либо прорезь. Вследствие чего магнитное поле, действующее на чувствительный элемент, постоянно меняется, и на выходе датчика формируются импульсы напряжения одинаковой длительности и скважности.
  • Когда мимо чувствительного элемента сенсора проходит сектор диска с отсутствующим зубцом, то устройство выдает импульс большей длительности. Этот момент и является «отправной точкой» определения положения вала для ЭБУ.

Проверку сенсора положения (или как его еще называют датчика фаз) можно также осуществить самостоятельно. Подробности вы узнаете из представленного ниже видео:

Читать еще:  Система охлаждения змз 406

Датчик Холла

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

С чего все начиналось

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

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

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

Линейные датчики Холла

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

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

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

Цифровые датчики Холла

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

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

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

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

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

Как проверить датчик Холла

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

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

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

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

У меня под рукой оказался вот такой магнитик:

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

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

Переворачиваю магнит другим полюсом и вуаля!

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

А вот и видео работы

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

Применение датчиков Холла

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

Применение линейных датчиков Холла

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

Применение цифровых датчиков Холла

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

Заключение

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

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector
×
×