Меню

Что датчик холла: принцип работы, как проверить своими руками, применение

Содержание

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 U

холла 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.

[quads id=1]

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.

Датчик Холла - описание, схема, как проверить и заменить

Датчик Холла – это один из важнейших элементов бесконтактной системы зажигания бензиновых двигателей. Малейшая неисправность этой детали приводит к серьезным неполадкам в работе мотора. Поэтому, чтобы не допустить ошибки при диагностике, важно знать, как проверить датчик Холла, и при необходимости – уметь его заменить.

Этот материал мы разделили на две части: теоретическую (назначение, устройство и принцип работы датчика Холла) и практическую – признаки неисправности, методы проверки и способы замены.

В конце статьи смотрите видео-инструкцию по самостоятельной замене Датчика Холла.

А перед тем, как проверять датчик Холла на наличие неисправностей, давайте разберемся с его назначением и принципом работы.

Что такое датчик Холла и как он работает

Датчик Холла (он же датчик положения распредвала) является одним из главных элементов трамблера (прерывателя-распределителя). Он находится рядом с валом трамблера, на котором крепится магнитопроводящая пластина, похожая на корону. В пластине столько же прорезей, сколько цилиндров в двигателе. Также внутри датчика находится постоянный магнит.

Принцип работы датчика Холла следующий: когда вал вращается, металлические лопасти поочередно проходят через прорезь в датчике. В результате этого вырабатывается импульсное напряжение, которое через коммутатор попадает в катушку зажигания и, преобразуясь в высокое напряжение, подается на свечи зажигания.

Датчик Холла имеет три клеммы:

  • одна соединяется с "массой",
  • ко второй подходит плюс с напряжением около 6 В,
  • с третьей клеммы уходит преобразованный импульсный сигнал на коммутатор.

Признаки неисправности датчика Холла

Неисправности у датчика Холла проявляются по-разному. Даже опытный мастер не всегда сразу выявит причину неполадок двигателя.

Вот несколько самых распространенных симптомов:

  1. Мотор плохо заводится или не запускается вообще.
  2. На холостом ходу в работе двигателя появляются перебои и рывки.
  3. Машина может дергаться при движении на повышенных оборотах.
  4. Силовой агрегат глохнет во время движения.

При появлении одного из этих признаков, необходимо в первую очередь проверить исправность датчика Холла.

Также не стоит исключать из вида и другие неисправности системы зажигания, встречающиеся в автомобилях.

Как проверить датчик Холла

Простой способ проверки датчика положения распредвала (Холла) показан на следующем видео.

Существует несколько способов, позволяющих проверить исправность датчика Холла. Каждый автомобилист может выбрать для себя наиболее подходящий вариант:

  1. Взять для проверки рабочий датчик у соседа или на автомобильной разборке и установить его вместо "родного". Если проблемы двигателя исчезнут, значит, придется покупать новую деталь.
  2. При помощи тестера можно измерить напряжение на выходе датчика. В исправном устройстве напряжение будет изменяться от 0,4 В до 11 В.
  3. Можно создать имитацию датчика Холла. Для этого с трамблера снимают трехштекерную колодку. Затем включают зажигание и отрезком провода соединяют выходы 3 и 6 коммутатора. Появление искры свидетельствует о выходе датчика из строя.

Если в результате проверки обнаружится, что датчик Холла неисправен, тогда его необходимо заменить на новый.

Замена датчика Холла

Заменить датчик Холла не составит особых затруднений. С этой работой под силу справится своими руками даже начинающему автолюбителю.

Чуть ниже на видео достаточно подробно показан процесс замены датчика в трамблере автомобиля УАЗ.

Обычно замена датчика Холла состоит из нескольких этапов:

  • Прежде всего, трамблер снимается с машины.
  • Далее снимается крышка трамблера и совмещается метка механизма газораспределения с меткой коленвала.
  • Запомнив положение трамблера, нужно открутить крепежные элементы гаечным ключом.
  • При наличии фиксаторов и стопоров, их также следует извлечь.
  • Вал вытаскивают из трамблера.
  • Осталось отсоединить клеммы датчика Холла и открутить его.
  • Оттянув регулятор, неисправная деталь осторожно вынимается через образованную щель.
  • Новый датчик Холла устанавливается в обратной последовательности.

Проверка работоспособности датчика Холла позволяет не только точно определить причину отказа двигателя. Благодаря простым приемам автомобилист сэкономит свое время на ремонт, а также исключит ненужную трату денег.

Видео, как заменить датчик Холла своими руками

Датчик Холла — принцип работы


В системах и устройствах каждого автомобиля есть масса приборов, которые несут только функцию информирования о том или ином процессе. На основе информации, которые эти устройства предоставляют, высшие по иерархии системы принимают решения о том или действии. Эти шпионы называются датчиками и собирают информацию о работе деталей и узлов, а после передают ее водителю. На современных автомобилях водитель избавлен от принятия большинства решений, поэтому всю работу делают за него электронные системы. Бесконтактная система зажигания и датчик Хoлла — яркий тому пример.

Содержание:

  1. Датчик Холла, что это такое
  2. Применение датчика в автомобиле
  3. Преимущества автомобильного датчика Холла
  4. Зажигание с датчиком Холла
  5. Подключение и проверка датчика Холла

Датчик Холла, что это такое

Все автомобильные датчики классифицируются по параметру, который они определяют. Это может быть датчик температуры, датчик массового расхода воздуха, датчик движения или датчик положения. Датчик на эффекте Холла как раз применяется для того, чтобы определять положение коленчатого или распределительного вала.

Вкратце разберемся с этим эффектом, тогда станет понятнее, что представляет собой это устройство. Гальваномагнитное явление было открыто в 1879 году Эдвином Холлом, а суть этого открытия в том, что при установке проводника с постоянным потенциалом в магнитное поле, появляется разность потенциалов, то есть электрический импульс. На основе этого являения работает не только часть системы зажигания автомобиля, но и ионные ракетные двигатели, приборы, которые измеряют напряженность магнитного поля, и даже во многих мобильных устройствах в виде основы для работы электронного компаса.

Применение датчика в автомобиле

Холловское напряжение давно применяется в машиностроении и конструкции серводвигателей. Он идеально подходит для того, чтобы определять углы положения валов, а на машинах архаичной конструкции, датчик применялся для определения момента возникновения искры. Схема датчика проста и мы ее помещаем ниже.

Суть работы устройства в том, что когда подают ток на две клеммы участка полупроводникового материала (на чертеже — клеммы «а») и помещают его в магнитное поле, на двух других клеммах возникает импульсное напряжение, а оно может восприниматься устройством-приемником, как сигнал к определенным действиям.

Автомобильный датчик Холла принцип работы которого показан на схеме ниже, но буквально ее воспринимать было бы ошибкой. Дело в том, что современные датчики Холла представляют собой все элементы начерченного датчика в одном крошечном корпусе. Это стало возможным тогда, когда появились миниатюрные полупроводниковые  приборы.

Преимущества автомобильного датчика Холла

Микроэлектроника позволила добиться от устройства очень маленьких размеров, при этом, сохранив полную функциональность. Основные преимущества устройства современного датчика Холла в следующем:

  • компактность;
  • возможность разместить в любой точке двигателя или любого другого механизма;
  • стабильность работы, то есть при любых оборотах вала, датчик будет корректно реагировать на его вращение;
  • стабильность не только в работе, но и стабильность характеристики сигнала.

Наряду с бесспорными достоинствами и функциональностью устройства, оно имеет некоторые проблемы:

  1.  Помехи — главный враг любого электромагнитного устройства. А помех в электрической цепи автомобиля более, чем достаточно.
  2.  Цена. Датчик, основанный на эффекте Холла дороже обычного магнитоэлектрического датчика.
  3.  Работоспособность датчика Холла сильно зависит от электронной схемы.
  4. Микросхемы могут иметь нестабильные характеристики, что может повлиять на корректность показаний.

Зажигание с датчиком Холла

Теперь попробуем применить датчик на практике, а, точнее, интегрировать его в систему зажигания. А установим мы его в прямо в трамблер для того, чтобы руководить процессом искрообразования в бесконтактной системе. Схема установки датчика Холла показана на рисунке. Он установлен возле вала прерывателя-распределителя, на котором установлена магнитопроводящая пластина. Пластина-ротор имеет столько вращающихся сердечников, сколько цилиндров у двигателя.

Поэтому при прохождении пластины ротора возле датчика с поданным на него напряжением, возникает эффект Холла, с выводов датчика снимается импульс и подается на коммутатор, а оттуда на катушку зажигания. Она преобразует слабый импульс в высоковольтный и передает его по высоковольтному проводу на свечу зажигания.

Подключение и проверка датчика Холла

Подключить любой датчик Холла довольно просто, поскольку он имеет всего три вывода, один из которых минусовой и идет на массу, второй — питание, третий — сигнальный, с него и поступает импульс на коммутатор. Проверить, работает ли датчик довольно просто. Если автомобиль подает признаки неисправности системы зажигания, которые выражаются в плохом пуске или нестабильности работы, первое, что нужно проверить — именно этот датчик.

Для этого не нужно никаких сложных осциллографов, хотя по науке ДХ проверяют именно при помощи осциллографа. Для проверки работоспособности устройства, достаточно просто закоротить 3-й и 6-й вывод на колодке трамблёра. При включенном зажигании закороченные выводы приведут к образованию искры, что говорит о том, что датчик свое отжил.

Замена датчика — занятие на 10 минут, но чтобы не покупать новый, лучше проверить установленный, вполне возможно, что зажигание работает некорректно по другой причине. Таким образом, можно обнаружить поломку, сэкономить время и не покупать лишние детали. Следите за простейшими приборами, и неприятные сюрпризы будут обходить автомобиль стороной. Плотной всем искры и удачи в дороге!

Читайте также:


Датчик Холла в автомобиле ✔ Что такое датчик Холла?

Современные автомобили напичканы электроникой — датчики, сенсоры, блоки управления, блоки слежения, индикаторы, цифровые табло, экраны и т.д. В этой статье мы разберемся с одним из немаловажных датчиков автомобиля – датчиком холла.

Что такое датчик холла в автомобиле

Датчик холла автомобиля выполняет очень важную роль – участвует в старте двигателя. Датчик холла необходим для считывания показаний распределительного вала двигателя, чтобы определять его вращение. Другими словами, этот сенсор считывает количество зубцов распредвала и отправляет электрические сигналы в электронный блок управления (ЭБУ) автомобиля. ЭБУ по показаниям датчика холла определяет исправность системы зажигания и старта – работает ли стартер и вращается ли коленчатый вал.
Устанавливается датчик холла непосредственно напротив зубцов вала на расстоянии не более 1см.

Выходом с датчика холла является напряжение 5В или 12В – тот уровень, который ЭБУ автомобиля сможет распознать. У каждого автомобиля это напряжение разное, и для взаимозаменяемости датчиков с одной машины на другую потребуется лишь дополнительно установить в электрическую схему резистор. Схема подключения дополнительного резистора показана на рисунке ниже.

Как диагностировать неисправность датчика холла в машине

Основной симптом при неисправности ДХ – нестабильный запуск двигателя. Двигатель может заводиться без проблем практически всегда, а может не заводиться по 15 минут, как бы водитель ни крутил ключ зажигания. Датчик холла может проявлять неисправность в совершенно разных условиях – на горячую, на холодную, в дождь, в снег, в абсолютно сухую погоду, неважно. Двигатель может с первого раза завестись, а при повторном запуске – нет.

Стоит отметить, что современные ЭБУ сами могут диагностировать неисправность ДХ, причем производят это в автоматическом режиме. В случае обнаружения ошибки в сигнале ДХ, машина подсветит значок Check Engine на приборной панели, и выдаст ошибку в CAN-шину для возможности ее считывания на СТО.

Кстати, датчики холла от автомобилей ВАЗ подходят практически ко всем двигателям иномарок. Имеет артикулы А473.407529.002, 2108-3706800,16.3855, 1112.3855. Основная доработка – изменение напряжения путем добавления резистора, как описано выше.

Что такое датчик холла и его электрические принципы функционирования рассказываются в следующем видео:

Что такое датчик Холла в телефоне?

В смартфонах и планшетах могут применяться сразу несколько датчиков, которые помогают устройству считывать дополнительную информацию. Некоторое время назад мы рассказывали об акселерометре. Сегодня поговорим о другом датчике, а именно — о датчике Холла.

Что это такое?

Датчик Холла, использующийся в современных мобильных устройствах, представляет из себя измерительный элемент, который способен определять наличие, интенсивность и изменение интенсивности магнитного поля. Датчик назван по имени американского физика Эдвина Холла, в честь которого был назван открытый в 1879 году «эффект Холла» — явление возникновения поперечной разности потенциалов при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле.

Суть в следующем: если в магнитное поле поместить пластину под напряжением, электроны в пластине начнут отклоняться перпендикулярно направлению магнитного потока. Плотность электронов на разных сторонах пластины будет различаться, что в свою очередь приводит к разности потенциалов, которую улавливает датчик Холла.

Вот как выглядит датчик:

Для чего нужен датчик Холла в планшете или смартфоне?

Сам по себе датчик обладает достаточно широкими возможностями, хотя обычно его применяют по своему прямому назначению, измеряя напряженность магнитного поля. В частности, датчик используется в ракетных двигателях, в системе зажигания ДВС, для измерения уровня жидкости и т.п.

Встречается датчик и в современных мобильных устройствах, однако его возможности реализованы не в полной мере. Датчик фактически используется только в двух основных задачах:

  • Первая — это ставший уже привычным для обладателей смартфонов цифровой компас, который в том числе применяется для улучшения позиционирования.
  • Вторая задача, куда более актуальная, — это взаимодействие с популярными чехлами для смартфонов и планшетов.

Магнитные чехлы

Вы наверняка видели так называемые магнитные чехлы как для смартфонов, так и для планшетов. Они позволяют блокировать и разблокировать устройство при открытии/закрытии чехла.

Как это возможно? Установленный в устройстве датчик Холла реагирует на магнит, который расположен в самом чехле. Когда магнит расположен близко к устройству, датчик регистрирует усиление излучения, в результате чего блокирует дисплей. Такие чехлы часто имеют приставку Smart — «умный».

Когда пользователь открывает флип-чехол (чехол-книжка), датчик фиксирует уменьшение интенсивности излучения и разблокирует экран.

А что, если чехол имеет специальное окошко, в котором показывается информация, даже если чехол закрыт? В таком случае датчик Холла тоже используется — он дает команду на переключение между различными режимами работы дисплея, то есть выводит в окошко только определенную информацию, например, время, дату, уведомления. Пример такого чехла — от компании Samsung:

И кстати, если используется экран, созданный по технологии AMOLED, в силу особенности технологии показываемая информация в окошке практически никак не сказывается на расходе энергии аккумулятором.

Есть ли в моем смартфоне датчик Холла?

Есть с вероятностью в 99%. Большинство производителей указывают его в характеристиках к смартфону, но не всегда. В этом случае обратите внимание на аксессуары: если имеются умные магнитные чехлы, значит, датчик Холла в смартфоне точно имеется.

Датчик Холла | Электротехническая Компания Меандр

СНЯТО С ПРОИЗВОДСТВА АНАЛОГОВ НЕТ

ВИКО-Х-102-М8

 

  • Диаметр корпуса 8мм

  • Диапазон питающего напряжения DC5...24В

  • Рабочая зона  0...10мм

  • Высокая частота переключения 320кГц

  • Выход NPN транзистор с открытым коллектором, нормально открыт

  • Защита от переполюсовки питающего напряжения

  • Большой ресурс срабатываний

  • МАГНИТ В КОМПЛЕКТЕ 10Х4 мм

 

НАЗНАЧЕНИЕ ДАТЧИКА ХОЛЛА

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

РАБОТА ДАТЧИКА

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

 

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДАТЧИКА ХОЛЛА

Параметр

Ед.изм.

Значение

Тип исполнения по принципу действия

 

Эффект Холла

 

Напряжение питания

В

DC5...24

Напряженность магнитного поля

мТ

22

Номинальный ток нагрузки

мА

200

Падение напряжения на выходе (в открытом состоянии), не более

В

1,5

Ток потребления, не более

мА

8

Расстояние воздействия, Sn

мм

0...10

Максимальная частота переключения

кГц

320

Регулировка чувствительности

 

нет

Степень защиты датчика

 

IP67

Схема подключения

 

трёхпроводная

Способ подключения

 

кабель 3x0,2 мм2  - 2м

Температура окружающей среды

0C

-25...+70

Материал корпуса

 

Латунь (ХРОМ)

Масса, не более

кг

0,1

 

СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДАТЧИКА

 

ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ ДАТЧИКА

 

Серия ВИКО-Х

М

А

Б

В

Г

Д

Е

ВИКО-Х-102-М8

8х1

35

28

-

2,5

7

12

 

ТУ 4218-004-31928807-2014

Форум и обсуждения  -  здесь

 

Наименование

Заказной код

(артикул)

Файл для скачивания

(паспорт)

Дата файла

ВИКО-Х-102-М8

4640016932979

13.04.2015

 

Датчики Холла (магнитные)

Что заставляет это работать?
Слова, которые произведут впечатление на вашего начальника
2Dex
В РАЗРАБОТКЕ
InAs - стабильные InAs - чувствительные GaAs 5
Тонкопленочная технология с использованием структуры двумерного электронного газа (2DEG) Объемный материал из арсенида индия, легированный для обеспечения высокой стабильности Объемный материал арсенида индия, легированный для обеспечения высокой чувствительности Тонкая пленка арсенида галлия
Температурный диапазон
Преимущество датчиков Холла без кремния - возможность использования при более экстремальных температурах
от 1 K до 402 K
(от -272 ° C до 125 ° C)
1.От 5 K до 375 K
(от -271,5 ° C до 102 ° C)
от 208 K до 373 K
(от -65 ° C до 100 ° C)
от 233 K до 402 K
(от -40 ° C до 125 ° C)
Взаимозаменяемость
Возможность работы с несколькими датчиками с идентичным приводом и измерительными установками
Хорошо - узкий диапазон значений чувствительности, отличная линейность и небольшое напряжение смещения Плохое - диапазон чувствительности достаточно велик, чтобы требовать знания среднего значения чувствительности Плохо - диапазон чувствительности достаточно велик, чтобы требовать знания средней чувствительности значение Плохо - диапазон чувствительности достаточно велик, чтобы требовать знания среднего значения чувствительности
Прочность
Способность выдерживать удары и вибрацию
Хорошо Плохо Плохо Хорошо
Совместимость прибора Lake Shore
Совместимость гауссметра / тесламетра для этих датчиков, что позволяет автоматически отображать значения поля прибором
Тесламетр F71 или F41 с датчиками plug-and-play - полный калибровка датчика и температурная компенсация, обеспечивающая точность, эквивалентную полному тесламетру зонда 425 или 475 гауссметра с использованием кабеля HMCBL; преобразование поля выполняется только с одним значением чувствительности, то есть линейность и температурная компенсация не выполняется гауссметром 425 или 475 гауссметром с использованием кабеля HMCBL; преобразование поля выполняется только с одним значением чувствительности, то есть линейность и температурная компенсация не выполняется гауссметром Нет
Планарный эффект Холла
Физическое свойство, связанное с толщиной элемента Холла, которое вносит ошибку измерения, когда поле в плоскости с чувствительным элементом
Нет, что делает эти датчики идеальными для измерения полей с неизвестной ориентацией. Существенный - объемный материал производит достаточно плоского эффекта Холла, поэтому для точных измерений требуются поля с известными направлениями. Существенный - объемный материал производит достаточный планарный эффект Холла. что для точных измерений требуются поля с известными направлениями Некоторые тонкопленочные элементы могут демонстрировать небольшие плоские погрешности эффекта Холла
Чувствительность при номинальном токе
Влияет на точность измерения и разрешение - большее число лучше
Ожидаемое значение от 50 до 53 мВ / Т 5.От 5 до 11 мВ / T от 55 до 125 мВ / T от 110 до 280 мВ / T
Температурный коэффициент чувствительности
Точность ударов при больших изменениях температуры
200 ppm / ° C ожидаемый 50 ppm / ° C 800 ppm / ° C 600 ppm / ° C
Номинальный ток привода
Рекомендуемый уровень возбуждения для этих датчиков
1 мА 100 мА 100 мА 1 мА
Типичное входное сопротивление
Полезно при выборе схемы возбуждения
800 Ом 2 Ом 2 Ом 750 Ом
Типичный температурный коэффициент входного сопротивления
Дополнительный источник погрешности измерения при использовании источника напряжения (а не источника тока) для питания датчика
0.7% / ° C ожидаемое 0,15% / ° C 0,18% / ° C 0,2% / ° C
Лучшее напряжение смещения (полевой эквивалент)
Составляющая ошибки, имеющая большее влияние на небольших полях
Подлежит определению ± 50 мкВ (4,5 мТл) ± 75 мкВ (0,6 мТл) ± 2,8 мВ (10 мТл)

Что такое датчик эффекта Холла?

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

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

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

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

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

Как работают датчики на эффекте Холла

Как работают датчики на эффекте Холла - объясните это Рекламное объявление

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 13 августа 2020 г.

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

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

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

Что такое эффект Холла?

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

Фото: магнитное поле не видно, но его можно измерить с помощью эффекта Холла. фото любезно предоставлено Wikimedia Commons.

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

Эдвин Холл , 1879

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

Как работает эффект Холла?

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

Куда они идут?

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

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

Использование эффекта Холла

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

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


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

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

Рекламные ссылки

Для чего используются датчики на эффекте Холла?

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

Датчики

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

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

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

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

Рекламные ссылки

Узнать больше

На сайте

Статьи

История
  • [PDF] Открытие эффекта Холла Дж. С. Лидстоуном, Physics Education, Volume 14, 1979. Как Холл открыл свой эффект и выяснил, что он означает, оспаривая некоторые из более ранних работ Джеймса Клерка Максвелла.
Статьи Эдвина Холла
  • О новом действии магнита на электрические токи. Эдвин Х.Холл, Американский журнал математики, Vol. 2, No. 3 (сентябрь 1879 г.), стр. 287–292. Оригинальная статья Холла.
  • Объяснение феномена Холла Эдвином Х. Холлом, Наука, Vol. 3, № 60 (28 марта 1884 г.), стр. 386–387. Собственное описание и объяснение Холла своего первоначального эксперимента.
  • Теория эффекта Холла и связанного с ним эффекта для некоторых металлов, Эдвин Х. Холл, PNAS USA, Vol. 9, No. 2 (15 февраля 1923 г.), стр. 41–46. Одна из более поздних работ Холла.

Книги

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

Практические проекты

Видео

НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты

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

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

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

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

Цитировать эту страницу

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

Подробнее на нашем сайте...

Интеграция технологии магнитного зондирования на эффекте Холла в современную бытовую технику

Интеграция технологии магнитного зондирования на эффекте Холла в современную бытовую технику

Моника Томас и Майкл Дуг, Allegro MicroSystems, LLC, Вустер, Массачусетс.США

Скачать PDF версию

Благодаря широкому спектру решений, доступных для приложений определения положения, скорости и тока, разработчики могут выбирать оптимальные технологии и пакеты для достижения своих коммерческих и технических целей. Всегда остаются одни и те же критические элементы, которые необходимо учитывать, такие как стоимость, расстояние перемещения, разрешение, точность, надежность и долговечность, которые неизбежно объединяют требования приложения с соответствующей сенсорной технологией.Из возможных решений исключительную ценность представляет технология Холла с ее бесконтактным магнитным зондированием.

Рис. 1. Эффект Холла относится к измеряемому напряжению, присутствующему при воздействии на приложенный ток перпендикулярного магнитного поля.

Введение

По мере совершенствования технологий микросхемы датчиков Холла находят свое применение во многих современных бытовых приборах. Эффект Холла относится к измеряемому напряжению, которое появляется на проводящем материале, например кремнии (Si), когда электрический ток, протекающий по проводнику, находится под влиянием магнитного поля (см. Рисунок 1).В этих условиях поперечное напряжение создается перпендикулярно приложенному току из-за уравновешивания сил Лоренца и электромагнитных сил.

Интегральные схемы датчика Холла

имеют много преимуществ по сравнению с традиционными механическими и герконовыми устройствами. Бесконтактная реализация интегральных схем датчика Холла повышает надежность и долговечность, практически исключая механический износ и усталость. Эти устройства также способны обнаруживать магнитные поля, которые физически блокируются цветными металлами.Небольшие и легкие размеры корпуса уменьшают пространство для установки и уменьшают механическую сложность. Многие ИС датчиков программируются пользователем в соответствии с индивидуальными эксплуатационными требованиями и требованиями к точности.

Фон

Существует несколько различных типов устройств на эффекте Холла, подходящих для различных приложений: переключатели, линейные индикаторы, ИС скорости / направления и ИС датчиков тока, и это лишь некоторые из них.

Переключатели и линейки

Коммутаторы

генерируют цифровой выходной сигнал на основе точек магнитного управления (B OP ) и отпускания (B RP ) конкретного устройства.Линейные индикаторы генерируют аналоговый или широтно-импульсный (ШИМ) выходной сигнал, который прямо пропорционален приложенному магнитному полю.

В переключателях и линейных приложениях существует несколько возможных конфигураций магнита для приведения в действие устройства. Например, режим работы «лоб в лоб» относится к перемещению магнита перпендикулярно активной поверхности устройства Холла, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Прямое срабатывание Холла. TEAG - это общий эффективный воздушный зазор.

В качестве альтернативы, режим работы «скользящий» относится к перемещению магнита параллельно активной поверхности устройства Холла (см. Рисунок 3).Метод скольжения обычно дает лучшую точность зондирования, чем метод лобового столкновения, из-за меньшего хода магнита. Большой магнитный наклон между полюсами позволяет получить очень точное местоположение точки переключения. Однако метод скольжения также требует использования сильных магнитов и небольшого общего эффективного воздушного зазора (TEAG).

Рисунок 3. Срабатывание скользящего действия. TEAG - это общий эффективный воздушный зазор.

Другой метод приведения в действие устройства Холла известен как переключение лопаточного прерывателя.Лопатка - это ферромагнитный материал, в котором есть прорези уникальной конфигурации. Лопатка может иметь индивидуальную форму для линейного или вращательного движения. При переключении лопаточного прерывателя магнит и устройство Холла устанавливаются в стационарном положении, так что устройство Холла принудительно переводится в состояние «включено» с помощью активирующего магнита. Когда железный материал лопасти проходит между устройством Холла и активирующим магнитом, лопатка образует магнитный шунт, отводящий поле от устройства Холла.Техника лопаточного прерывателя часто используется там, где требуется точное переключение (см. Рисунок 4).

Рисунок 4. Срабатывание холла с переключением лопастного прерывателя.

ИС скорости и направления

Вариантом переключения лопастного прерывателя является использование специализированных устройств Холла с обратным смещением (см. Рисунок 5). Устройства с обратным смещением могут использоваться для бесконтактного переключения или измерения скорости и угла зубьев шестерни. В этих устройствах гранула из редкоземельного элемента и датчик Холла объединены в единый корпус, что снижает необходимость размещения и выравнивания.ИС датчиков с обратным смещением обычно находятся в выключенном состоянии. Когда черный металл проходит перед корпусом, магнитное поле проходит через активную поверхность устройства Холла, активируя ИС.

Рисунок 5. Срабатывание Зуба шестерни по Холлу.

ИС датчика тока

Еще одно применение эффекта Холла - определение тока, протекающего по проводу или проводнику. Для малых токов до 20 А кристалл Холла и тракт первичного тока могут быть объединены в стандартный корпус для поверхностного монтажа SOIC-8 (см. Рисунок 6).Использование технологии flip-chip приводит к оптимизированной магнитной связи между активной поверхностью элемента Холла и полем, создаваемым измеряемым током. Такой способ упаковки исключает необходимость в концентраторе флюса. Внутреннее сопротивление медного тракта, используемого для измерения тока, обычно составляет 1,5 мОм для низких потерь мощности.

Рисунок 6. Датчик Холла с датчиком тока в корпусе SOIC-8.

Для больших токов до 200 А размеры медного проводника должны быть увеличены, чтобы учесть плотность тока в материале.Из-за магнитной связи между этим более толстым проводником и линейным элементом Холла необходимо использовать концентратор потока (см. Рисунок 7). Типичное сопротивление первичного проводника составляет всего 100 мкОм.

Рис. 7. ИС-датчик датчика тока для приложений с высоким током (> 200 А).

Устройства на эффекте Холла

имеют основное преимущество перед другими технологиями измерения тока, поскольку путь измерения тока полностью электрически изолирован от входов / выходов сигналов низкого напряжения.

Примеры применения

Технология Холла

заменила традиционные методы измерения во многих приложениях, включая дверные переключатели, положение ручки, скорость барабана, измерение уровня воды и управление двигателем. Выбор подходящего устройства Холла зависит от требуемого уровня точности и контроля. В этой статье представлены примеры того, как технология Холла может быть использована в современных бытовых приборах.

Положение ручки

Микросхемы датчиков Холла

представляют собой бесконтактное решение для определения положения ручки прибора.Существует несколько методов определения положения ручки. Например, если приложение требует ограниченных дискретных положений ручки, можно использовать простые переключатели, такие как A1120 или A321x. Каждый переключатель в приложении представляет собой отдельную отметку положения вокруг ручки. Когда магнит, прикрепленный к поворотной ручке, находится над одним из стационарных переключателей, простая электронная логика может определить, какой уровень был выбран.

Для приложений с более высокой точностью можно использовать линейное устройство в сочетании с микропроцессором.Когда ручка поворачивается, линейное устройство обеспечивает абсолютное аналоговое положение ручки на основе затухания магнитного поля от элемента Холла, в то время как справочная таблица в микропроцессоре интерпретирует положение магнита. Подходящее линейное устройство зависит от желаемой точности в приложении. Возможности включают A132x или программируемый A138x.

Различные характеристики выходного напряжения от переключателя и линейной реализации положения ручки показаны на рисунке 8.

Рис. 8. Переключатель Холла в зависимости от линейного отклика на положение ручки.

Определение уровня жидкости

Переключатели и линейные индикаторы также могут использоваться для контроля уровня жидкости, например, в стиральных или посудомоечных машинах. Простым методом измерения уровня жидкости является использование нескольких переключателей Холла в сочетании с магнитом, подвешенным на поплавке. Когда поплавок поднимается в трубе, он включает дискретные переключатели, расположенные за пределами корпуса трубы, которые в цифровом виде показывают уровень воды (см. Рисунок 9).A1120 будет подходящим коммутатором для этого приложения.

Рис. 9. Метод измерения уровня жидкости с помощью магнитного поплавка и переключателя.

Технология Холла

также может использоваться для модификации, а не замены традиционных методов измерения уровня жидкости. Например, один из подходов, используемых в настоящее время для определения, когда барабан заполнен, - это расширение пластиковой диафрагмы, которая прижимается к механическому переключателю. Альтернативой механическому переключателю в сборе может быть имплантация магнита в диафрагму и подвешивание переключателя Холла над ним в лобовой конфигурации (см. Рисунок 10).Вместо использования переключателя более высокое разрешение может быть достигнуто с помощью линейного. Линейное решение будет определять абсолютный уровень воды в резервуаре, а не просто указывать, когда резервуар заполнен. В зависимости от желаемой точности подойдет линейный адаптер для поверхностного монтажа, такой как A132x или программируемый A138x. В этих приложениях Hall имеет преимущество надежности, долговечности, простоты, размера и веса по сравнению с механическими кулачковыми переключателями.

Рисунок 10.Техника измерения уровня жидкости с использованием надувной диафрагмы.

Обнаружение вращения барабана

Микросхемы датчиков Холла

используются для различных задач измерения вращения барабана, таких как определение скорости, направления и обрыва ремня.

Простой индикатор вращения можно сконструировать, прикрепив магнит к вращающемуся барабану и используя стационарный переключатель Холла. Каждый раз, когда барабан совершает полный оборот, переключатель посылает цифровой импульс. Этот сигнал может использоваться, чтобы просто указать, вращается ли барабан, или может также использоваться микропроцессором для расчета скорости.Если требуется более высокая точность положения барабана, угловое положение барабана можно определить с помощью дифференциальной конструкции Холла, такой как A3425, в сочетании с конфигурацией зубчатой ​​передачи, показанной на рисунке 5. Более сложные конфигурации Холла с обратным смещением, такие как A3423, способны предоставлять информацию о скорости вращения барабана и определять направление.

Помимо определения положения, скорости и направления вращающегося барабана, также полезно обнаруживать неисправности обрыва ремня. Например, если нагревательный элемент сушилки не выключается при обрыве ленты сушилки, отсутствие вращения может привести к возгоранию одежды.На рисунке 11 показана возможная схема обнаружения обрыва ремня, которая работает с использованием магнита, прикрепленного к вращающемуся барабану, и стационарного переключателя Холла. В этой схеме центральный узел заряжается со скоростью, определяемой парой R1C1. Когда магнит проходит мимо переключателя Холла, сигнал IC VOUT переходит в высокий-низкий-высокий уровень. Передний фронт сигнала VOUT временно включает транзистор Q1, разряжая центральный узел. Обрыв ремня остановит вращение барабана, предотвращая переход на передний край.Это позволяет центральному узлу заряжаться свободно. Когда центральный узел достигает напряжения, которое включает пару Дарлингтона, выход схемы переключается на цифровой сигнал низкого уровня, указывающий на неисправность обрыва ремня.

Рис. 11. Схема обнаружения обрыва ремня с помощью простого переключателя Холла.

Управление двигателем

ИС датчика тока на эффекте Холла

- это надежное и простое средство контроля тока двигателя как для управления, так и для защиты.Потребление тока двигателем прямо пропорционально крутящему моменту двигателя. Следовательно, типичный метод управления скоростью и приложенной силой двигателя заключается в передаче результатов измерения потребления тока в микропроцессор. Затем микропроцессор может рассчитать, нужно ли приложить к двигателю больше или меньше тока, чтобы достичь желаемой скорости. Микросхемы датчиков тока на эффекте Холла могут быть размещены непосредственно последовательно с двигателем (или любой индуктивной нагрузкой), поскольку они имеют медную выводную рамку с очень низким сопротивлением.

Традиционные методы определяют ток двигателя с помощью шунта, помещенного в выключатель заземления блока управления двигателем. При таком подходе можно контролировать только половину тока двигателя, что снижает точность и увеличивает потери I 2 R. ИС датчиков тока на эффекте Холла имеют входные источники питания, полностью изолированные от пути прохождения тока, что обеспечивает высокую точность и низкое энергопотребление. ACS712 от Allegro доступен в корпусе SOIC-8 для использования с малыми номинальными токами, а ACS75x - в корпусе CB для более высоких требований к измерению тока.

Решения для микроэнергетики

По мере того, как общество продолжает развивать свое понимание экологических проблем, спрос на низкоэнергетические приборы растет. Требования программы Energy Star федерального правительства США с каждым годом становятся все более строгими. Allegro MicroSystems - первая компания, предлагающая микромощные переключатели Холла и линейные устройства, чтобы помочь производителям минимизировать энергопотребление своих устройств.

Коммутаторы семейства 321x используют уникальную схему синхронизации и 2.Номинальное рабочее напряжение 75 В для достижения типичной потребляемой мощности 15 мкВт. Семейство линейных устройств Холла 139x имеет номинальное рабочее напряжение 3 В и потребляемую мощность 10 мВт в активном режиме. Устройства 139x также имеют вывод сна, который позволяет микроконтроллеру отключать устройство, снижая потребляемую мощность до номинальных 75 мкВт (см. Рисунок 12). Кроме того, когда устройство 139X находится в спящем режиме, выход устройства переходит в состояние с высоким импедансом. Следовательно, несколько ИС линейных датчиков Холла 139X могут быть подключены к одному входу аналого-цифрового преобразователя, если для контроля выходного сигнала одного устройства A139X в любой момент времени используется схема опроса.

Рис. 12. Схема линейного микропитания 3 В, A139x с выводом спящего режима.

Заключение

Приложения, описанные в этой статье, являются лишь несколькими примерами того, как технология Холла улучшает производительность и надежность современных устройств по сравнению с традиционными методами реализации. Дополнительные приложения Холла приведены в таблице 1. Соответствующее устройство Холла для данного приложения можно найти с помощью Руководств по выбору Allegro.

Таблица 1: Современные приложения для устройств на эффекте Холла

Устройство

Приложение

Опции типов устройств Холла

Шайба

Крышка / дверь открыта / закрыта

Переключатель

Ток двигателя

линейный; встроенный датчик тока IC

Скорость / направление барабана

Зуб шестерни; близость; переключатель

Вне баланса

линейный; переключатель

Уровень воды

линейный; переключатель

Регулятор цикла

линейный; переключатель

Расходомер

Защелки; биполярные переключатели; линейный

Сушилка

Крышка / дверь открыта / закрыта

Переключатель

Ток двигателя

линейный; встроенный датчик тока IC

Скорость барабана

Зуб шестерни; близость; переключатель

Обрыв ремня

Переключатель; встроенный датчик тока IC

Диск управления циклом

линейный; переключатель

Духовка

Подсветка дверцы духовки

Переключатель

Самоочищающийся дверной замок / блокиратор

Переключатель

Холодильник

Льдогенератор полный

Защелка; переключатель

Дверной светильник

Переключатель

Ток двигателя

линейный; встроенный датчик тока IC

Положение противня

линейный; переключатель

Посудомоечная машина

Дверь открыта / закрыта

Переключатель

Ток двигателя

линейный; встроенный датчик тока IC

Движение опрыскивателя

Зуб шестерни; близость; переключатель

Уровень воды

Переключатель; линейный

Расходомер

Защелки; биполярные переключатели

Пылесос

Ток двигателя

линейный; встроенный датчик тока IC

Коммутация двигателя VR

Защелка; биполярные переключатели

Вкл. / Выкл.

Переключатель

Регулировка скорости

линейный; переключатель

Торговый автомат

Исходное положение

Переключатель

Счетчик импульсов / энкодер

Защелка; биполярный переключатель

Переключатель выбора

Переключатель

Устройство открывания двери гаража

Концевые положения упора

Переключатель

Счетчик импульсов / энкодер

Защелка; биполярный переключатель

Ток двигателя

линейный; встроенный датчик тока IC

Блендер

Регулировка скорости

линейный; переключатель

Смягчитель воды

Положение клапана

Защелка; выключатель; линейный

Список литературы

г.Пепка. «Определение положения и уровня с использованием технологии измерения эффекта Холла».
Технический документ Allegro MicroSystems.
Sensor Review Journal SR27-1, февраль 2007 г.

М. Хопкинс. «Современное состояние технологии на эффекте Холла и его значение для проектирования и разработки бытовой техники».
Технический документ Allegro MicroSystems.
IATC, март 2004 г.

А. Фридрих, М. Дуг, Дж. Каммингс. «Последние тенденции в измерении тока на эффекте Холла».
Технический документ Allegro MicroSystems.
PCIM 2006, май 2006 г.

Описанные здесь продукты производятся согласно одному или нескольким из следующих патентов США: 5 619 137; 5,621,319; 6,781,359; 7 075 287; 7,166,807; 7 265 531; 7,425,821; или другие заявленные патенты.

Allegro MicroSystems, LLC оставляет за собой право время от времени делать такие отклонения от подробных спецификаций, которые могут потребоваться для улучшения производительности, надежности или технологичности своей продукции. Перед размещением заказа пользователь должен убедиться, что информация, на которую он полагается, актуальна.

Продукты

Allegro не должны использоваться в устройствах или системах жизнеобеспечения, если можно обоснованно ожидать, что отказ продукта Allegro вызовет отказ этого устройства или системы жизнеобеспечения или повлияет на безопасность или эффективность этого устройства или системы. .

Представленная здесь информация является точной и надежной. Однако Allegro MicroSystems, LLC не несет ответственности за его использование; ни за какие-либо нарушения патентов или других прав третьих лиц, которые могут возникнуть в результате его использования.

Датчик положения коленчатого вала с резьбовым корпусом на эффекте Холла

Описание

Датчик положения коленчатого или распределительного вала на эффекте Холла. Это новая версия, отличающаяся корпусом из анодированного алюминия красного цвета. В комплект входят резьба M12 и крепежные гайки. Работает от 5 до 24 вольт и дает хорошую прямоугольную волну, поэтому нет проблем с переменным напряжением. Имеет трехжильный пигтейл длиной 1 метр. Вот что делают провода:

Коричневый - Напряжение питания; подключитесь либо к VREF для работы на 5 вольт, либо к 12 вольтовой коммутируемой мощности.

Черный - Выходной сигнал. На MegaSquirt подключается к контакту 24. Мы просто настроили наш MegaSquirt для кондиционера VR, и он отлично работает. V3.0 MicroSquirts также может это делать, но более старые MicroSquirts должны будут использовать вход эффекта Холла. Обратите внимание, что для этого требуется подтягивающий резистор. Это тройники как для напряжения питания, так и для выходного сигнального провода. Используйте резистор 1 кОм (теперь входит в комплект) при питании от 5 вольт или резистор 2,4 кОм при питании от 12 вольт.

Синий - Земля.

Будьте осторожны, если вы переходите на это с предыдущей версии нашего датчика. Цвета проводов не совпадают, и для этой версии требуется подтягивающий резистор.

Характеристики

Рабочее напряжение: от 5 до 24 В

Максимальное перенапряжение и обратное напряжение: от +30 до -24 В

Требуемый максимальный ток питания: 6 мА

Максимальный потребляемый выходной ток: 20 мА

Тип выхода: Открытый коллектор

Максимальная частота: 15 кГц

Диапазон температур: от -40 до +125 ° C

Номинальный воздушный зазор: 1.5 мм

Шаг резьбы: M12 x 1 мм

Общая длина: 65,5 мм, без проводов

Материал упаковки: Алюминий

Ориентация датчика: ненаправленная

Рекомендуемый размер зуба - прямоугольник размером не менее 2,5 мм x 6,35 мм с высотой зуба 5,0 мм.

Примечание. Если вы ищете технические характеристики старого датчика, посетите нашу страницу технических характеристик датчика Холла.

Примечание. Если вы ищете технические характеристики старого датчика, посетите нашу страницу технических характеристик датчика Холла.

Отзывы клиентов

Номинальный 4.4285714285714 из 5 звезд

7 отзывов

4 звезды 0 0%

2 звезды 0 0%

1 звезда 0 0%

Только зарегистрированные клиенты, которые приобрели этот продукт, могут оставлять отзывы.

Нужно ли мне добавлять подтяжку, чтобы использовать этот датчик?

  • Да, необходимо добавить подтяжку напряжения; этот датчик не имеет встроенной подтяжки.

Чем этот датчик отличается от предыдущего проданного вами датчика Холла с резьбой?

  • Этот сделан другим производителем. Хотя размер такой же, этот имеет гораздо больший температурный диапазон и не требует столь тесного зазора датчика.Как отмечалось выше, также требуется подтягивающий резистор.

Датчик поставляется с резистором - каковы характеристики резистора?

  • Теперь мы поставляем им резистор 1 кОм, 1/4 Вт для использования с напряжением питания 5 В.

Цифровой датчик на эффекте Холла 3144 - ProtoSupplies

Описание

Цифровой датчик Холла 3144 может определять наличие или отсутствие магнитного поля и выводить логический уровень.

В ПАКЕТЕ:

  • Датчик Холла, цифровой 3144

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АНАЛОГОВОГО ДАТЧИКА ХОЛЛОВОГО ЭФФЕКТА 3144:
  • Определяет наличие или отсутствие магнитного поля и выдает логический уровень на выходе
  • Работает в диапазоне 4,5-24 В (совместимость с 5 В)

Датчики на эффекте Холла обычно используются для измерения скорости вращения узлов, когда магнит на узле поочередно устанавливает и разрывает магнитный контакт с датчиком по мере вращения узла.Их также можно использовать для таких приложений, как определение момента открытия двери, определение положения и обнаружение магнитного поля, создаваемого током, протекающим в проводе.

Датчик 3144 может определять основное присутствие магнитного поля, но не его относительную силу. Сторона датчика с маркировкой - это сторона, используемая для обнаружения и обнаружения одного полюса магнита. Другая сторона устройства обнаружит другой полюс магнита. Если датчик не обнаруживает магнит, попробуйте перевернуть его.

Датчики на эффекте Холла

имеют несколько преимуществ по сравнению с механическими переключателями, главное из которых состоит в том, что, поскольку они являются твердотельными, нет никаких опасений по поводу износа контактов, а скорость переключения может быть довольно высокой, вплоть до 2 мкс.

Основная проблема при использовании датчиков на эффекте Холла обычно связана с установкой датчика и любых связанных с ним магнитов.

Блок питания

Датчик может работать в диапазоне Vcc от 4,5 до 24 В.

Если выходной сигнал считывается MCU, рекомендуется использовать датчик при том же напряжении, что и MCU, чтобы выходной сигнал датчика был совместим с цифровым входом MCU

Возможно отключение питания устройства от цифрового выходного контакта 5V MCU.

Цифровой выход

Выход датчика - открытый коллектор. Подтягивающий резистор около 10 кОм обычно используется для повышения выходного сигнала. Это может быть внешний резистор или встроенный подтягивающий резистор на входе MCU. Когда обнаруживается магнитное поле, датчик выдает НИЗКИЙ уровень выходного сигнала.

Когда выходной сигнал датчика становится НИЗКИМ, он может потреблять до 25 мА тока.

Выход обычно считывается цифровым выводом на MCU. По желанию, в некоторых случаях он может управлять вторичной цепью напрямую.

РЕЗУЛЬТАТЫ НАШИ ОЦЕНКИ:

Датчики на эффекте Холла весьма полезны в ряде приложений и являются одним из наиболее малоиспользуемых электронных компонентов, доступных любителям. Эти конкретные датчики используются во многих цифровых модулях датчиков Холла, которые производятся в Китае.

Приведенная ниже программа контролирует выходной сигнал датчика и сообщает об обнаружении изменения состояния. Просто подключите датчик к 5 В и заземлению и подключите выходной контакт датчика к цифровому контакту на MCU.В этом примере мы используем вывод D4, но это может быть любой вывод цифрового входа.

После загрузки откройте окно Serial Monitor, чтобы увидеть результат. Если состояние не меняется при приближении магнита, попробуйте перевернуть магнит (поменять местами северный и южный концы).

Пример программы цифрового датчика Холла

 / *
Тест модуля цифрового эффекта Холла

Базовый код для контроля выхода датчика.
Подключите выходной контакт датчика к D4 и подключите 5 В и заземление.
* /
int sensorPin = 4; // Произвольный цифровой вывод для контроля выхода
int state = 0; // Текущее состояние датчика
int lastState = 0; // Место для сохранения предыдущего состояния
// ================================================ ===============================
// Инициализация
// ================================================ ===============================
установка void ()
{
 pinMode (sensorPin, INPUT_PULLUP); // Включить подтягивание, поскольку выход датчика - открытый коллектор
  Серийный .begin (9600); // Устанавливаем скорость передачи окна вывода
}

// ================================================ ===============================
//  Основной
// ================================================ ===============================
пустой цикл ()
{
 состояние = digitalRead (sensorPin); // Считываем текущее состояние датчика
 if (state! = lastState) // Состояние изменилось, поэтому распечатываем новое состояние
 {
  Серийный  .print («Текущее состояние:»);
  Серийный .println (состояние);
 lastState = состояние; // Запоминаем последнее состояние, в котором мы были
 }
}
 

ДО ОТГРУЗКИ ЭТИ ДАТЧИКИ ЯВЛЯЮТСЯ:
  • Образцы протестированы при поступлении
  • Упакован в закрывающийся антистатический пакет для защиты и удобства хранения.

Примечания:

  1. Нет

Технические характеристики

Эксплуатационные характеристики Vcc Диапазон 4.5 - 24В
Выход Магнитное поле не обнаружено Подтянут к Vcc подтягивающим резистором
Обнаружено магнитное поле Прижат к земле датчиком
Максимальный ток Тонущий 25 мА
Упаковка СИП-3Л
Тип корпуса Пластик, сквозное отверстие
Производитель Китай
Лист данных 3144 Датчик эффекта Холла

Датчик Холла Технология интеллектуальных позиционеров последнего поколения


ВВЕДЕНИЕ

За последние несколько лет физика и электроника достигли значительных успехов, причем обе они, несомненно, достигли наибольшего развития.В наши дни кажется невозможным жить без удобств и преимуществ, которые предоставляют эти районы для повседневной жизни. В промышленных процессах и управлении мы также наблюдаем прогресс в разработке микропроцессоров, технологии Fieldbus, Интернета и т. Д.

В этой статье мы опишем интересное применение физики при разработке интеллектуальных позиционеров клапана на основе датчика Холла, сочетающих в себе несколько ресурсов производительности и диагностики.

ДАТЧИК ЗАЛА

Название Датчик Холла происходит от эффекта Холла, открытого в 1879 году Эдвином Холлом.

Этот эффект является результатом действия силы Лоренца на движение электронов в магнитном поле.

Когда ток течет по материалу, который не подвергается воздействию магнитного поля, эквипотенциальные линии, пересекающие этот поток, являются прямыми линиями.

Сила Лоренца, действующая на движение электрона, определяется по формуле:

.

F = q x (v x B)
где:

  • q: электронная нагрузка
  • B: магнитное поле

Внешний продукт указывает на то, что сила имеет взаимно перпендикулярное направление потоку тока и магнитному полю.

Когда в материале протекает ток под действием перпендикулярного магнитного поля, угол, под которым протекает ток, изменяется магнитным полем, известен как угол Холла. Это параметр, зависящий от типа материала, и он определяется подвижностью электрона m, которая также определяет коэффициент относительной влажности Холла. В этом случае эквипотенциальные линии по длине материала наклонены, и это показывает измеренное натяжение Холла. Другими словами, напряжение пропорционально приложенному магнитному полю.

Эффект Холла присутствует во всех материалах, но он эффективно применяется только там, где подвижность электрона относительно высока, как в арсенате галлия (GaAs).

В конструктивном смысле рассмотрим вкратце данный материал (рис. 1) шириной d , проводящий ток i по своей длине и подверженный магнитному полю B, приложенному перпендикулярно направлению его ширины. В результате возникает напряжение, известное как напряжение Холла, VHALL, величина которого определяется по формуле:

.

VHALL = (RH / d) x i x B , где RH - материальная постоянная Холла.


Рисунок 1 - Принцип работы датчика ЗАЛ

В настоящее время существует несколько приложений для этих датчиков, от применения в серводвигателях в видеокассетах, датчиках турникета контроля доступа, датчиках скорости, системе впрыска автомобильного двигателя, измерении тока, мощности и магнитного поля, управлении бесщеточными двигателями постоянного тока, датчиках приближения , управление вращением, управление положением и т. д. Это последнее приложение будет описано при работе с интеллектуальными позиционерами клапана / приводов.Речь идет об электронике и программном обеспечении в сочетании с новейшими достижениями в области механики.

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ ПОЗИЦИОНЕР

Этот тип оборудования чрезвычайно важен в любой промышленной сфере, работая как последний элемент управления, связанный с приводами и клапанами. Он должен отвечать нескольким эксплуатационным требованиям, которые легко достигаются с помощью технологии датчиков Холла, например:

  • Высокая чувствительность;
  • Устойчивость к высоким температурам;
  • Незначительные ошибки линейности;
  • Незначительные погрешности вибрации;
  • Воспроизводимость и стабильность, минимизация потребления и уменьшение изменчивости процесса;
  • Высокая надежность, обеспечивающая бесперебойность работы и безопасность;
  • Универсальность, гибкость использования независимо от производителя и типа клапана / привода, а также хода движения, что способствует соответствию новым требованиям;
  • Простота эксплуатации с минимальными настройками, что упрощает установку, эксплуатацию и обслуживание, сокращая время простоя при эксплуатации;
  • Предоставляет расширенные функции диагностики, эксплуатационные расходы и затраты на обслуживание, экономию времени и улучшение процессов, тем самым гарантируя постоянное улучшение процессов.

Традиционная технология для исполнительного оборудования основана на механических соединениях со сложной, низкой чувствительностью и точностью монтажа и регулировки, чаще всего ответственными за изменчивость процесса, которая отражается на стабильности управления, качестве и т. Д.

Последнее поколение интеллектуальных позиционеров для клапанов простого действия с линейным управлением (возврат змеевика) или двойного действия, таких как шарики, коробки, диафрагмы и т. Д., Поворотных регулирующих клапанов, таких как сферы, бабочки или закупоренных пневматическими приводами, такими как мембраны, поршни и т. пьезо-лезвие (?), которое было выбрано рынком для использования в полевых условиях и с датчиком положения на эффекте Холла, без физического контакта, для высокой производительности и безопасной работы.

  • Компактно-модульный проект
  • Низкое потребление воздуха
  • Легко установить
  • Датчик положения без механического контакта
  • Работает с линейными и поворотными приводами простого или двойного действия
  • Простая настройка и удаленная параметризация через Foundation Fieldbus, Profibus PA или локальную настройку с дисплеем
  • Поток через программную функцию
  • Самодиагностика

Рисунок 2 - Интеллектуальный позиционер с датчиком Холла, без механического контакта

Основными частями модуля вывода являются: пилот, сервопривод, датчик Холла и схема управления выходом.

Схема управления основана на широко распространенной и хорошо зарекомендовавшей себя технологии: пьезолопастный и золотниковый клапан.

В качестве лопасти на пилотной ступени используется пьезоэлектрический диск. Лезвие отклоняется, когда оно получает напряжение через цепь управления. Небольшой воздушный поток, который циркулирует через клюв, блокируется, изменяя давление в пилотной камере, которое называется пилотным давлением.

Управляющее давление очень низкое, без пропускной способности и должно быть усилено в секции сервопривода.Секция сервопривода имеет диафрагму на пилотной камере и меньшую диафрагму на золотниковой камере. Управляющее давление прикладывается к диафрагме управляющей камеры, которая в состоянии равновесия будет соответствовать силе, прикладываемой золотниковым клапаном к меньшей диафрагме золотниковой камеры.

Следовательно, когда положение изменяется с помощью позиционера, управляющее давление увеличивается или уменьшается, как объяснено на стадии пилотного управления, и это изменение управляющего давления заставляет клапан подниматься или опускаться, изменяя давления на выходе 1 и выходе 2 до достижения нового баланса, что приводит к новому положению клапана.

Рисунок 3 - Схема пневматического преобразователя

Рисунок 4 - FY300

Датчик Холла расположен и защищен внутри модуля преобразователя. Магнит прикрепляется к клапану или оси привода, как показано на рисунке 4 (в целях обучения), результатом чего будет приложение магнитного потока к датчику Холла и определение положения с учетом центра. магнитов, где поле равно нулю.

Рисунок 5 - Схема работы датчика Холла на позиционере клапана

Таким образом, единственная деталь механического крепления - проверить, совпадает ли стрелка, выгравированная на магните, со стрелкой, выгравированной на позиционере, когда клапан достигает половины своего хода.

Следовательно, когда клапан достигает половины своего хода, датчик Холла получает нулевое поле, а ЦП внутренне узнает, что это соответствует 50% его хода.Один крайний предел курса будет иметь, например, максимальный сигнал напряжения 100%, а другой крайний сигнал будет иметь минимальный сигнал 0%. Напряжение на крайних точках будет измеряться во время процесса самокалибровки, позиционер которого без вмешательства пользователя определяет напряжения Холла, эквивалентные физическим пределам трассы, точным и безопасным способом.

На рисунке 6 показана функциональная схема позиционера для протокола Profibus PA:

.

Рисунок 6 - Функциональная схема позиционера Smar FY303

На этой диаграмме показано, что позиционер получает через ПЛК (ведущее устройство класса 1) заданное значение, требуемое стратегией управления.В зависимости от режима работы, автоматического или каскадного, эта уставка будет записана через циклические службы в параметрах SetPoint или Rcasin блока AO соответственно. Это значение будет проанализировано алгоритмом блокировки для условий аварийной сигнализации и отказоустойчивости, чтобы охарактеризовать это значение в соответствии с характеристикой клапана или привода, путем выбора из линейного, 21-точечной таблицы, EQ25, EQ33, EQ50, EP25, EP33 и EP50 . Эти кривые допускают небольшие изменения уставки, чтобы довести конечный элемент до 100% (EP).После того, как кривая переноса определена с этой уставкой, определяются скорости изменения% / с для последнего элемента. Затем серво-ПИД получает этот сигнал плюс реальное положение через сигнал датчика Холла, который определяется в процессе самокалибровки или даже во время пользовательской калибровки, часто используемой в приложениях с разделенным диапазоном. Затем рассчитывается сигнал VM%, который генерирует цифро-аналоговое значение преобразователя, которое воздействует на пьезоэлектрический датчик и создает давление в камере позиционера, когда она достигает точки равновесия в соответствии с уставкой, выдаваемой мастером.Блок AO восстановит свое реальное положение и закроет цикл с мастером через параметр ReadBack.

Функции диагностики можно контролировать с помощью сигнала датчика Холла и мастера класса 2, например:

  • Одометр, с помощью которого можно статистически прогнозировать ход клапана во время технического обслуживания;
  • Ходы, при которых износ седел клапанов можно проверить по экстремальным условиям его протекания физическим течением;
  • Reversals, чтобы посмотреть, как часто происходило изменение уставки, и проанализировать настройку контура.Чрезмерно большое количество реверсий означает, что настройка плохая и может быть нарушена изменчивость процесса;
  • Средняя и мгновенная скорость перемещения, в дополнение к времени открытия и закрытия для выявления возможных заклиниваний и механических нагрузок или проблем с утечкой воздуха;
  • Самая высокая и самая низкая температура, которой подвергался позиционер. В случаях, когда температура является ограничивающим фактором, FY303 можно использовать с удаленным датчиком Холла или даже в труднодоступных или подверженных вибрации местах на расстоянии до 20 м.См. Рисунок 7. Характеристики датчика Холла:

Рисунок 7 - Дистанционный позиционер Холла

Smar также поставляет FY303 датчиками давления, функции диагностики которых объединяют оборудование.

FY303 по-прежнему выдает сигнал температуры окружающей среды в качестве второстепенной функции.

Рисунок 8 - Пример применения в Profibus

Тест частичного хода или PST

Испытания и маневры связаны с затратами, связанными с остановкой завода и приобретением дополнительного оборудования для проведения испытаний клапанов, приводов и позиционеров.

Обычно дополнительное оборудование состоит из ручных запорных клапанов, отклоняющих трубопроводов, соленоидных клапанов, механических устройств на конце хода и, что не менее важно, логистики, количества профессионалов, участвующих в деятельности, и возможной потери доходов.

Идеальным вариантом были бы более частые и хорошо спланированные тесты. Кроме того, параметры, указывающие на степень разрушения клапана и позволяющие проводить профилактические работы до возникновения аварийной ситуации. И что связанные с этим затраты были намного меньше.

Простым, дешевым и надежным решением является использование теста частичного хода PST. PST просто частично перемещает клапан и измеряет усилие, приложенное к этому перемещению. Преимущество: также можно измерить скорость клапана. Или даже проверьте, не заблокирован ли клапан или находится ли пневматический привод под достаточным давлением, без необходимости идти туда, где он установлен.

Профилактическая диагностика. Это то, что нужно вашей арматуре.

Рисунок 9 - Профилактическая диагностика

Однако автоматический PST при приемлемых затратах стал реальностью только с разработкой интеллектуального позиционера клапана и широкого диапазона доступных параметров, обеспечивающих отличный спектр диагностики.

Новейшее семейство интеллектуальных позиционеров SMAR, FY400, уже включает PST в качестве заводской прошивки без дополнительных затрат с командами для пользовательской конфигурации. Кроме того, FY400 был разработан на языке EDDL (язык описания электронных устройств). к стандартам FDT Group (Field Tool Device). Драйверы Device Type Manager (DTM) для настройки и визуализации на компьютерных станциях с приложением FDT доступны на сайте Smar для бесплатной загрузки.

Как следствие отличных результатов PST для FY400, Smar только что расширила эту функцию до FY303 для интеллектуальных позиционеров клапана с протоколом связи Profibus. Без дополнительных затрат. По той же причине были разработаны DTM для FY303, которые также доступны бесплатно на странице Smar в Интернете.

Далее следуют несколько примеров экранов DTM, которые иллюстрируют функции PST, включенные в FY303,

.

Рисунок 10 - Примеры экранов DTM для FY303

С помощью экранов DTM можно настроить не только частичный курс, но также периодичность, с которой PST выполняется автоматически, а именно без вмешательства оператора или специалиста по КИПиА.Интеллектуальный позиционер клапана Smar PST может выполняться с интервалами от 4 минут до одного года (8760 часов).

Кроме того, PST возможен с устройства управления активами SMAR, AssetView. Данные, полученные в результате теста, можно легко визуализировать на различных экранах презентации и мониторинга AssetView.

Метод, используемый FY303 и FY400 для выполнения PST, известен как метод динамического изменения скорости. Позиционер автоматически генерирует изменение нарастания сигнала уставки в диапазоне, определяемом пользователем (Off Set).Клапан перемещается в ответ на изменение уставки, в то время как позиционер измеряет положение клапана с помощью датчика положения без механического контакта на основе эффекта Холла. В то же время позиционер измеряет прилагаемое давление, необходимое для перемещения вала клапана. После достижения максимальной уставки выключения позиционер меняет рампу, так что клапан возвращается в исходное положение. Аналогичным образом, во время реверсирования позиционер измеряет положение клапана и соответствующее давление включения.В конце испытания FY вычисляет и предоставляет коэффициент нагрузки клапана, то есть значение давления, необходимое для перемещения вала, а также график, полученный в результате испытания.

На рисунках ниже показаны примеры результатов PST на FY303 и FY400 в соответствии с протоколом FDT / DTM. Подобные экраны доступны также в SMAR AssetView.

Рисунок 11 - Экраны результатов PST

При рассмотрении растущего интереса к автоматизированным системам безопасности - SIS, PST уже признан и влияет на расчеты, относящиеся к вероятности отказа по запросу - PFD, используемой для определения уровня полноты безопасности - SIL.

Ациклическая настройка FY303

Эти устройства можно настроить локально с помощью магнитного инструмента, не открывая его крышку, или удаленно через SMAR ProfibusView или Siemens Simatic PDM.

FY303 был разработан для использования протокола PROFIBUS PA и может быть сконфигурирован с любым инструментом, работающим с DD / EDDL, а также с концепцией FDT (Field Device Tool) и DTM (Device Type Manager), такими как Smar AssetView, FieldCare TM и PACTwareTM.Его также можно циклически настраивать любыми системами PROFIBUS с помощью файла GSD (Generic Station Description). PROFIBUS PA также предоставляет информацию о качестве и диагностике, улучшая управление установкой и ее техническое обслуживание.

EDDL (язык описания электронных устройств) и DTM доступны на сайте Smar в Интернете: http://www.smar.com.br/

Рисунок 12 - FY303 - AssetView FTD / DTM

Циклическая настройка FY303

Через файл GSD мастер выполняет весь процесс инициализации оборудования и предоставляет подробные сведения о версии аппаратного и программного обеспечения, синхронизации шины оборудования и информацию об обмене циклическими данными.FY303 имеет функциональный блок AO, с помощью которого мастер будет выполнять циклические службы, а пользователь должен выбрать конфигурацию в соответствии с приложением. Если блок AO находится в режиме AUTO, оборудование получит значение уставки и состояние от мастера класса 1, и пользователь может использовать это значение для записи через мастер класса 2. В этом случае статус уставки всегда должен быть равен 0x80 (хорошо) и выбираться из следующих конфигураций:

  • SP
  • SP / CKECKBACK
  • SP / READBACK / POSD
  • SP / READBACK / POSD / CKECKBACK

Если блок AO находится в RCAS, оборудование получит значение уставки и статус только через мастер класса 1, и статус всегда будет равен 0xc4 («IA»).Могут использоваться следующие конфигурации:

  • SP
  • SP / CKECKBACK
  • SP / READBACK / POSD
  • SP / READBACK / POSD / CKECKBACK
  • RCASIN / RCASOUT
  • RCASIN / RCASOUT / CKECKBACK
  • SP / READBACK / RCASIN / RCASOUT / POSD / CHECKBACK

Затем просмотрите типичный пример с шагами, необходимыми для интеграции оборудования FY303 в систему громкой связи:

  • Скопируйте gsd-файл FY303 в исследовательский каталог конфигуратора PROFIBUS, обычно известного как GSD.
  • Скопируйте файл растрового изображения FY303 в каталог исследований конфигуратора PROFIBUS, обычно известный как BMP.
  • После выбора мастера выберите скорость передачи данных и помните, что при наличии соединителей могут быть доступны следующие скорости: 45,45 кбит / с (Siemens), 93,75 кбит / с (P + F) и 12 Мбит / с (P + F). , СК3). При наличии устройства связи скорость может достигать 12 Мбит / с.
  • · Добавьте FY303 с адресом, указанным на шине.
  • Выберите циклическую конфигурацию с помощью параметризации с помощью файла GSD в соответствии с приложением. Помните, что этот выбор должен быть совместим с режимом работы блока AO. В этих условиях проверьте значение статуса значения уставки, которое должно быть 0x80 (хорошо) в режиме AUTO и 0XC4 (IA) в режиме Rcas.
  • Состояние сторожевого таймера также может быть активировано, когда после определения потери связи между ведомым и ведущим оборудование может перейти в состояние отказоустойчивости.Поскольку FY303 будет на последнем элементе, рекомендуется настроить отказоустойчивое значение.

Для получения дополнительных сведений обратитесь к руководству на FY303 по адресу: http://www.smar.com/PDFs/Manuals/FY303MP.PDF

ЗАКЛЮЧЕНИЕ


Эта статья продемонстрировала технологический прогресс и преимущества, предоставляемые позиционером на основе цифровой технологии датчика Холла, в основном за счет простоты монтажа и эксплуатации. Всегда помните, что это оборудование всегда будет интегрировано в конечные элементы, критические контрольные точки, работа которых требует безопасности и точности.Гибкость, изобретательность и создание диагностических данных облегчают условия для профилактического, прогнозирующего и упреждающего обслуживания.

Для получения дополнительной информации о позиционерах обратитесь: http://www.smar.com/PDFs/catalogues/fy300cp.pdf

Для получения дополнительных сведений о ProfibusView, инструменте настройки и параметризации Profibus-PA см .: http://www.smar.com/PDFs/Manuals/PRVIEWPAMP.pdf

Дополнительные сведения об инструменте обслуживания и диагностики AssetView см. В разделе Дополнительные сведения о ProfibusView, инструменте настройки и параметризации Profibus-PA: http: // www.smar.com/brasil2/products/asset_view.asp

ССЫЛКИ
  • Учебный материал Profibus - César Cassiolato
  • CASSIOLATO, César, Hall Sensor - Технология интеллектуальных позиционеров последнего поколения, журнал Controle & Instrumentação, Edição nº 81, Junho de 2003
  • НОБР, Сельсо; EMBOABA, Эдсон; ОЛИВЕЙРА, Леонардо; ВЕНТУРИНИ, Валерия, Введение в PST - тест частичного инсульта, http: // www.smar.com/PDFs/ApplicationNotes/FY300PST.pdf
  • http://www.smar.com/blog_posicionadores/?p=7
  • http://www.smar.com/brasil2/products/function.asp#positioners
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *