Датчик Холла - Hall effect sensor

Колесо с двумя магнитами, проходящее мимо датчика Холла.
Магнитный поршень (1) в этом пневматическом цилиндре будет вызывать срабатывание датчиков эффекта Холла (2 и 3), установленных на его внешней стенке, когда он полностью втянут или выдвинут.
Вентилятор двигателя с датчиком Холла
Обычно используемый символ схемы

Датчик Холла (или просто датчик Холла ) представляет собой тип датчика , который обнаруживает наличие и величину в магнитном поле с помощью эффекта Холла . Выходное напряжение датчика Холла прямо пропорционально напряженности поля. Он назван в честь американского физика Эдвина Холла .

Датчики Холла используются для определения приближения , позиционирования , определения скорости и измерения тока . Часто датчик Холла сочетается с датчиком порога, чтобы действовать как двоичный переключатель . Обычно они используются в промышленных приложениях, таких как пневматический цилиндр на фото , они также используются в бытовом оборудовании; например, некоторые компьютерные принтеры используют их для обнаружения отсутствующей бумаги и открытия крышек.

Датчики Холла обычно используются для измерения скорости вращения колес и валов, например, для определения угла опережения зажигания двигателя внутреннего сгорания , тахометров и антиблокировочных тормозных систем . Они используются в бесщеточных электродвигателях постоянного тока для определения положения постоянного магнита. На изображенном колесе с двумя одинаково расположенными магнитами напряжение датчика достигает пика дважды за каждый оборот. Такое расположение обычно используется для регулирования скорости дисководов .

Принцип работы

В датчике Холла ток подается на тонкую металлическую полоску. В присутствии магнитного поля, перпендикулярного направлению тока, носители заряда отклоняются силой Лоренца , создавая разницу в электрическом потенциале ( напряжении ) между двумя сторонами полосы. Эта разница напряжений (напряжение Холла) пропорциональна силе магнитного поля.

Датчики на эффекте Холла реагируют на статические (неизменяющиеся) магнитные поля. Это ключевое отличие от индуктивных датчиков , которые реагируют только на изменение полей.

Зонд холла

Зонд Холла - это устройство, в котором используется откалиброванный датчик на эффекте Холла для прямого измерения силы магнитного поля. Поскольку магнитные поля имеют направление, а также величину, результаты датчика Холла зависят от ориентации, а также положения датчика.

Материалы

Ключевым фактором, определяющим чувствительность датчиков Холла, является высокая подвижность электронов . Поэтому для датчиков на эффекте Холла особенно подходят следующие материалы:

Обработка сигналов и интерфейс

Датчики Холла - это линейные преобразователи . Такие датчики требуют линейной схемы для обработки выходного сигнала датчика. Эта схема обеспечивает напряжение возбуждения для датчика и используется для усиления выходного сигнала. В некоторых случаях линейная схема может нейтрализовать напряжение смещения датчиков Холла. Более того, модуляция переменного тока управляющего тока также может уменьшить влияние этого напряжения смещения. Датчики Холла с линейными преобразователями обычно интегрируются с цифровой электроникой. Это позволяет производить расширенные корректировки характеристик датчика (например, поправки на температурный коэффициент) и цифровой интерфейс с микропроцессорными системами. В некоторых датчиках Холла на микросхемах используется интегрированный DSP , который позволяет использовать больше методов обработки непосредственно в корпусе датчика. Интерфейсы датчика Холла могут включать диагностику входов, защиту от неисправностей в переходных режимах и обнаружение короткого замыкания / обрыва. Он также может обеспечивать и контролировать ток самого датчика Холла. Для реализации этих функций доступны прецизионные ИС .

Преимущества и недостатки

Датчики Холла способны измерять широкий диапазон магнитных полей и чувствительны как к величине, так и к ориентации поля. При использовании в качестве электронных переключателей они менее подвержены механическим сбоям, так как физические части не изнашиваются. Они также могут работать на более высоких частотах, чем механические переключатели.

Переключатели на эффекте Холла нельзя использовать в областях с сильными внешними магнитными полями. Датчики Холла могут быть подвержены тепловому дрейфу из-за изменений условий окружающей среды, а также временному дрейфу в течение срока службы датчика.

Приложения

Определение положения

Одним из наиболее распространенных промышленных применений датчиков Холла, используемых в качестве двоичных переключателей, является определение положения. Датчики Холла также используются в бесщеточных двигателях постоянного тока для определения положения ротора и переключения транзисторов в правильной последовательности. Другой пример датчика положения на эффекте Холла - датчик, который определяет, закрыта ли крышка смартфона. См. Аксессуары для Galaxy S4 .

Трансформаторы постоянного тока (DC)

Датчики Холла могут использоваться для бесконтактных измерений постоянного тока в трансформаторах тока . В этом случае датчик Холла устанавливается в зазоре магнитопровода вокруг токопровода. В результате можно измерить постоянный магнитный поток и рассчитать постоянный ток в проводнике.

Индикатор уровня топлива в автомобиле

Датчики Холла используются в некоторых автомобильных индикаторах уровня топлива. Датчик используется для определения положения плавающего элемента в топливном баке.

Переключатель клавиатуры

Переключатели на эффекте Холла для компьютерных клавиатур были разработаны в конце 1960-х годов Эвереттом А. Вортманном и Джозефом Т. Мопином в компании Honeywell . Из-за высокой стоимости производства эти клавиатуры часто предназначались для высоконадежных приложений, таких как аэрокосмическая и военная промышленность. Поскольку затраты на массовое производство снизились, стало доступно все большее количество потребительских моделей.

Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

Внешние ссылки