Схема датчика холла: Схема подключения датчика холла

Модуль на основе датчика Холла

Датчики Холла применяются в основном там, где другие способы измерения являются ненадежными. В этом возникает необходимость при эксплуатации датчиков в загрязненных условиях, при которых использование оптических или механических контактных датчиков невозможно.

Датчик Холла очень быстрый и надежный датчик — его можно переключать сотни раз в секунду, и из-за бесконтактного метода измерения его срок службы достаточно большой.

Датчики Холла используются для измерения скорости вращения двигателей, колес, в двигателях для контроля положения коленчатого вала, для определения положения поршней в цилиндрах двигателя внутреннего загорания, а также для определения положения педалей манипуляторов, линейных приводов станков с ЧПУ, 3D-принтеров и т.д.

В робототехнике датчики Холла используются в виде интегральных модулей. Они используются для непосредственного определения присутствия магнитных объектов или для измерения расстояния до них.

Для лучшего понимания конструкции и работы датчика Холла стоит проанализировать блок-схему, показанную на рисунке 1. В состав схемы входят датчик Холла, дифференциальный усилитель и триггер Шмитта.

Встроенный стабилизатор напряжения обеспечивает питание отдельных функциональных блоков. Магнитное поле, перпендикулярное поверхности интегральной схемы, индуцирует напряжение в датчике Холла. Это напряжение усиливается и поступает на триггер Шмитта, активируя выход с открытым коллектором.

Магнитный держатель печатной платы

Прочная металлическая основа с порошковым покрытием, четыре гибкие руч…

Принципиальная схема модуля магнитного концевого выключателя показана на рисунке 2. Основным элементом является униполярный цифровой датчик Холла US1 (TLE4905L, SS443A).

Сигнал от датчика проходит через транзисторы VT1 и VT2 и поступает на выходы X1 и X2, на которых доступны логические уровни «0» и «1». Эти сигналы можно использовать в различных системах управления, например, совместно с Arduino.

К этим выходам можно подключить электромагнитное реле или иную нагрузку с максимальным током не более 100 мА. Светодиод HL1 является индикатором наличия магнитного поля в зоне действия датчика.

Вся схема собрана на двухсторонней печатной плате с размерами 35мм х 30мм. Рисунок печатной платы показан на следующем рисунке.

Скачать рисунок печатной платы (10,3 KiB, скачано: 819)

Датчики магнитного поля. Датчики Холла в схемах на МК

Сущность эффекта, открытого в 1879 г. американским физиком Э. Холлом, заключается в появлении разности потенциалов между гранями полупроводниковой пластины, через которую протекает ток и на которую воздействует перпендикулярное магнитное поле. Разность потенциалов прямо пропорциональна силе тока и квадрату магнитной индукции.

Эффект Холла широко применяется в бесконтактных датчиках тока. Другое направление — датчики перемещения, в которых элемент Холла крепится к неподвижному шасси, а собственно магнит находится на движущейся части исследуемого объекта. Поскольку выходной сигнал датчика Холла пропорционален индукции магнитного поля, а не скорости его изменения, это даёт серьёзное преимущество в точности по сравнению с аналогичными по назначению индуктивными датчиками.

Магниточувствительные элементы, использующие эффект Холла, обычно называют «датчиками Холла» (англ. «Hall Sensor»). Различают простые и интегральные датчики Холла. В последних кроме полупроводниковой пластины содержится встроенный усилитель-формирователь. Типовые параметры интегральных датчиков Холла: напряжение питания 2.5…5 В или 4.5… 18 В, ток потребления 8…20 мА, минимальная регистрируемая магнитная индукция 2… 10 мТл, выходной сигнал — аналоговый (модулированное по амплитуде напряжение) или цифровой (открытый коллектор, КМОП-элемент, импульсы ШИМ).

На Рис. 3.74 а…м показаны схемы подключения датчиков Холла к МК.

Рис. 3.74. Схемы подключения датчиков Холла к МК {начало):

а)        датчик Холла DAI имеет выход с открытым коллектором и встроенную схему защиты от замыкания на шину питания. Микросхема УР1101ХП29 реагирует на магнитное поле положительной полярности, УР1101ХП49 — на поле положительной и отрицательной полярности с триггерным эффектом запоминания;

б)       диод VD1 защищает вход МК от случайной подачи высокого положительного напряжения. Конденсатор С J снижает помехи, поступающие от датчика Холла по длинным проводам;

в)        включение/выключение датчика Холла DAI по сигналам с выхода МК. Датчик реагирует на магнитное поле как положительного, так и отрицательного направления. Замена микросхемы /)/!/- К1116КП2;

 

 

Рис. 3.74. Схемы подключения датчиков Холла к МК {продолжение):

г) датчик Холла ?14/ (фирма Ampson Technology) имеет два противофазных выхода. Прямой сигнал поступает на МК, а инверсный — на внешнее исполнительное устройство через выход с открытым коллектором;

д) для усиления сигнала с датчика Холла ?14/ (фирма Allegro MicroSystems) используется ОУ DA2. Резистором RI выставляется начальное напряжение на входе МК, близкое к половине питания. Резистором /?J регулируется усиление/чувствительность;

е) датчик оборотов двигателя бормашины, выполненный на специализированной бескорпусной микросборке DAI, содержащей на подложке датчик Холла. На ОУ DA2 собран двухка- скадный усилитель напряжения (регулируется резистором RW), Резистор /?/ балансирует мостовую схему, находящуюся внутри DAI, что необходимо для начальной калибровки показаний;

ж)  подключение датчика Холла DA / (фирма Allegro MicroSystems) к М К через малошумящий ОУ DA2,1 и двухзвенный ФНЧ {R5, С1, R6, С2). Резистором R4 выставляется усиление;

 

Рис. 3.74. Схемы подключения датчиков Холла к ЫК {окончание):

з) микросхема DA! (фирма Melexis) — это интеллектуальный датчик магнитного поля с внутренним DSP и со своей системой команд. По-другому микросхему DA! называют «цифровым датчиком Холла». Трёхпроводной интерфейс связи напоминает SPI, но вместо двух отдельных линий MISO и MOSI сделана одна совмещённая линия MISO-MOSI;

w) DA1 — это микросхема датчика Холла, щироко применявщаяся ранее в компьютерных клавиатурах;

к) аналоговый компаратор на микросхеме DA1 (фирма Maxim Integrated Products) обеспечивает крутые фронты сигнала на входе МК.

Порог срабатывания определяется делителем /?/, R3\ л) DA! — это микросхема датчика Холла, «изъятая» из компьютерного вентилятора; м) экономичный ОУ на микросхеме Z)/42 (фирма Telefunken) усиливает сигнал сдатчика Холла DAL Транзистор VT1 служит ключом и формирует на выходе прямоугольные импульсы.

Интегральные датчики Холла — статья Георгия Волович. Интегральные датчики магнитного поля. Принцип действия датчика Холла, схемы, формулы, иллюстрации.

Интегральные датчики Холла — продолжение публикации. Рассмотрены типы датчиков — линейные датчики, логические датчики. Отрасли применения таких датчиков и фирмы производители.

Интегральные датчики Холла

Рис.3 Схема ИМС линейного датчика Холла (а) и график его характеристики преобразования (б)

Датчики Холла являются основой многих типов датчиков, таких как датчики линейного или углового перемещения, датчики магнитного поля, датчики тока, датчики расхода и др.

Удобство бесконтактного срабатывания (полное отсутствие механического износа), низкая стоимость, простота использования делают их незаменимыми в приборостроении, автомобильной, авиационной и других отраслях промышленности. Интегральные датчики Холла производят такие фирмы, как Honeywell, Melexis, Allegro Microsystems, Micronas Intermetall, Siemens, Analog Devices и др. Первая группа интегральных датчиков Холла – это линейные устройства, применяющиеся в измерителях напряжённости магнитного поля. Как правило, эти устройства содержат схемы усиления сигнала датчика. Необходимая предварительная обработка сигнала обычно заключается в усилении и температурной компенсации. Может понадобиться также стабилизация питающего напряжения. При отсутствии магнитного поля выходное напряжение датчика должно быть равно нулю, поэтому требуется дифференциальный усилитель (рис. 3). Современные технологии позволяют ввести в состав ИМС датчиков магнитного поля сложные цифровые системы обработки информации. Примером такой ИМС может служить HAL805 фирмы Micronas Intermetall, содержащий на кристалле в трёхвыводном корпусе ТО92 АЦП, ЦАП, ЦПС и энергонезависимую память.

Рис.4 Логический датчик Холла

Такая структура позволяет программировать чувствительность и смещение датчика, осуществлять фильтрацию помех и механических возмущений. Вторая группа включает в себя микросхемы компараторного типа с логическими уровнями напряжения на выходе. Эта группа более многочисленна в силу большего числа возможных применений. Микросхемы с логическим выходом (рис. 4а) делятся на две подгруппы: переключатели и триггеры. Униполярный переключатель срабатывает только при наличии магнитного поля одной полярности и гарантирует выключенное состояние в отсутствие магнитного поля; магнитное поле противоположной полярности не оказывает на него никакого влияния (см.

рис. 4б). Биполярный триггер, напротив, реагирует на обе полярности: включается при приближении северного или южного полюсов магнита и выключается только в том случае, если поле с противоположным знаком достигнет определенного уровня. Термин «биполярный переключатель» обычно применяется к триггерам, реагирующим на пропадание поля. Такие переключатели переходят во включённое состояние при наличии магнитного поля, а выключаются при снижении уровня той же полярности, отсутствии поля, или в присутствии поля с противоположным знаком (см. рис. 4в). Наличие ступени гистерезиса, которая является разностью между величинами магнитного поля в точках включения и выключения, повышает помехозащищенность устройства. Логический двухвыводной датчик Холла HAL556 производит фирма Micronas Intermetall. Эта микросхема (рис. 5) потребляет большой ток при приближении положительного полюса магнита к маркированной стороне корпуса и малый ток при удалении. HAL566 реализует обратные функции. Микросхемы имеют встроенную систему, увеличивающую напряжение, приложенное непосредственно к кристаллу датчика Холла, с тем чтобы сделать возможным применение недорогих постоянных магнитов, имеющих сравнительно малую коэрцитивную силу.

Рис.5 Двухвыводный логический датчик HAL556 обеспечивает изменение
протекающего через него тока при изменении уровня магнитного поля

…дальше

Принцип действия датчика Холла
Интегральные датчики Холла
Применение датчиков Холла
Основные характеристики датчиков Холла

Проверка и ремонт датчиков Холла — Датчики — Статьи

Проверка и ремонт датчиков Холла.

 После обязательного внешнего ос­мотра проверить работоспособность датчика можно с помощью индикатора, собранного по схеме (рис. 3.27, а). Подключаем колодку 8 индикатора к колод­ке датчика-распределителя и соединяем клеммы индикатора с источником питания 12 В. Если при вращении вала датчика-распределителя от руки конт­рольная лампа 1 будет мигать, то датчик исправен.

Более точно датчик можно проверить с помощью вольтметра, подключенного но схеме, приведенной на рис. 3.27, б: подключаем батарею, резистор 2…3 кОм и при вращении вала датчика снимаем показания вольтметра. Верхний уровень импульса должен быть не более чем на 3 В меньше напряжения питания, а ниж­ний — не превышать 0,4 В.

Полную картину работы датчика дает осциллограф, подключенный по схеме рис. 3.27, в. Проверка датчика сводится к наблюдениям на экране осциллографа импульсов датчика при вращении ро­тора и измерению параметров этих импульсов. Вращать ротор 3 датчика-распределителя можно рукой или с по­мощью электродвигателя. Во втором случае к выводам колодки 1 датчика 2 подключаем источник питания посто­янного тока напряжением 9… 14 В и ос­циллограф 5. Между выводом «+» и средним выводом подключаем рези­стор 4 сопротивления 10 кОм. Включа­ем электродвигатель и на различных частотах вращения якоря электродви­гателя на экране осциллографа наблю­даем импульсы, вырабатываемые датчиком. Форма импульса должна соответст­вовать изображенной на рис. 3.28. Время включения t вкл и выключения  t выкл долж­но быть не более 0,5 мкс. Верхний уровень импульса должен быть не более чем на 3 В меньше напряжения питания, а нижний — не должен превышать 0,4 В. Скважность импульса Q должна быть в пределах 3±25 %:

Рис. 3.28. Осциллограмма изменения вы­ходного напряжения датчика Холла

Q = Ти/То.

где Ти — период следования импульсов; Т0 — длительность логического нуля.

Нарушение параметров выходного сигнала и увеличение скважности импульса вызывают нарушение работы транзисторного коммутатора и перебои в работе двигателя. Из-за увеличения скважности происходит перегрев коммутатора и ка­тушки зажигания, а из-за уменьшения — пропуски искрообразования. В случае от­сутствия выходного сигнала необходимой формы на экране осциллографа или на­рушения его параметров датчик Холла подлежит замене.

Необходимо учитывать, что измерения длительности времени включения t вкл, и времени выключения t выкл, можно производить только на чувствительных осцил­лографах, на других же импульс имеет почти прямоугольную форму, что затруд­няет определение параметров датчика, но дает возможность проверить его ра­ботоспособность.

Датчик Холла функционирует на основе принципа появления в полупроводнике, на который воздействует магнитное поле, поперечной разности потенциалов (эффект Холла). Конструкция имеет вид полупроводника, соединенного с постоянным магнитом. Между полупроводником и магнитом располагается стальной экран цилиндрической формы.

Для того чтобы проверить работу датчика Холла воспользуйтесь следующими методами:
1.Подключите вольтметр к выходу датчика. Исправный датчик влияет на показатели вольтметра, заставляя его стрелку крутиться в пределах от 0.4 В до величины, отличающейся от напряжения питания не более чем на 3 В.
2.Замените ваш датчик тем, в исправности которого вы уверены.
3.Замените датчик устройством, имитирующим его работу.

Создание имитации датчика Холла
1.Снимите трехштекерную колодку с трамблера (прерыватель-распределитель зажигания).
2.Включите зажигание.
3.Возьмите отрезок провода и соедините его концы с выходами «3» и «6» коммутатора.

Если в момент соединения появляется искра, значит, датчик Холла поврежден и не способен верно функционировать.

Замена датчика Холла

Неисправный датчик следует заменить работающим устройством. Делается это по следующей технологии:
1.Отсоедините крышку трамблера.
2.Поверните коленвал таким образом, чтобы метка на его шкиве примерно совпадала со средней меткой на крышке газо-распределительного механизма.
3.Отметьте для себя положение бегунка распределителя зажигания.
4.Воспользуйтесь ключом на 13 и, отвернув гайки, снимите трамблер.
5.Возьмите небольшой молоток и несильными ударами выбейте штифт (стальная трубка), фиксирующий маслоотражательную муфту. Вытяните штифт пассатижами.
5.Снимите муфту вместе с ее шайбой, достаньте вал из корпуса трамблера.
7.Отсоедините клеммы датчика Холла, отвинтите его и осторожно выньте через щель образованную оттягиванием регулятора.

Похожие материалы

Использование ратиометрических датчиков Холла

Льюис Лофлин

Рационометрический датчик Холла выдает аналоговое напряжение, пропорциональное напряженности магнитного поля. Здесь я буду использовать устройства UGN3503 и Texas Instruments TL173C.

Оба являются однополярными устройствами, одно работает на 5 вольт, а другое на 12 вольт соответственно. Без магнитного поля выходное напряжение составляет примерно половину напряжения питания.

Напряжение будет увеличиваться с южным магнитным полюсом на лице или уменьшаться с северным магнитным полюсом на лице.

Рационометрический датчик Холла демонстрируется в последней трети приведенного выше видео.

Спецификации в формате PDF: TL173C и UGN3503.

На изображении выше показаны типичные выводы трехвыводных датчиков Холла. Рационометрический датчик вместо включения или выключения выдает напряжение от почти нуля до почти VCC, пропорциональное силе магнитного поля и магнитной полярности.

Учитывая магниты

Магнитное поле, обычно создаваемое редкоземельными магнитами, может превышать 1.4 тесла, тогда как ферритовые или керамические магниты обычно имеют поля от 0,5 до 1 тесла. Тесла назван в честь изобретателя, физика и инженера-электрика Николы Теслы. Меньшей единицей магнитного поля является гаусс (1 тесла = 10 000 гаусс):

10 ^-9 — 10 ^-8 гаусс: магнитное поле человеческого мозга;
0,31–0,58 Гс: магнитное поле Земли на ее поверхности;
25 Гс: магнитное поле Земли в ее ядре;
50 Гс: обычный магнит на холодильник;
100 Гс: небольшой железный магнит;
2000 Гс: небольшой неодим-железо-бор (NIB) магнит;
15 000–30 000 Гс: медицинский электромагнит для магнитно-резонансной томографии.

Выше арт. Вики. Чтобы узнать больше о редкоземельных магнитах в целом, посетите сайт www.rare-earth-magnets.com. Магниты можно складывать друг на друга (от N до S), чтобы получить более мощный магнит.

Рассмотрим характеристики датчика Холла Texas Instruments TL173C. При нулевом гаусс на выходе 6 вольт. При 50 мТл (1/1000 Тесла = 10 Гс или всего 500 Гс) выходное напряжение составляет 7 вольт. То есть на южном полюсе магнита. При 50 мТл. (500 Гс) выходное напряжение 5 вольт с северным полюсом.

Обратите внимание, что в традиционной теории магнитный поток течет с севера на юг. Положительный отдает юг, отрицательный — север. Таким образом, -50 мТл — это -500 Гс северной полярности.

Мы также можем использовать электромагниты.

Мы можем использовать приведенную выше схему для считывания выходных данных датчика. Показание напряжения даст нам представление о полярности и силе магнита. Это открывает двери для ряда интересных применений этих датчиков. Давайте посмотрим на несколько.

Калиброванное линейное устройство Холла в этом примере будет измерять ток через провод.Чем выше ток, тем сильнее магнитное поле и, следовательно, выше выходное напряжение.

Использование компаратора

На изображении выше мы подключили датчик к LM358, используемому в качестве разностного усилителя, питающего компаратор LM311. Мы можем настроить потенциометры, чтобы установить точку срабатывания на выходе. В отличие от стандартного переключателя на эффекте Холла мы можем изменять чувствительность. LM311 имеет выход с открытым коллектором и может управлять любым количеством небольших реле, оптронов и т. д.

Хотя это 12-вольтовая схема, обратите внимание, что подтягивающий резистор, подключенный к TP4, подключен к 5-вольтовому.

См. также информацию и схемы компаратора напряжения

Схема также будет работать при 5 вольтах как есть, но вместо этого используйте UGN3503 или другой 5-вольтовый датчик. В случае с UGN3503 отключите его от 5-вольтового и при желании используйте 6-вольтовый для большей чувствительности.

Внутри типичного трехконтактного логометрического датчика Холла.

Веб-сайт Copyright Lewis Loflin, Все права защищены.
Если вы используете этот материал на другом сайте, предоставьте ссылку на мой сайт.

 

Использование датчиков Холла для обнаружения переменного тока

Дифференциальный усилитель, используемый с датчиком Холла

Льюиса Лофлина

Здравствуйте, у меня возникла проблема при считывании данных с датчика Холла на Arduino. Проблема не в том, что я не могу прочитать данные, а в том, что когда я включаю устройство, которое я пытаюсь считать, ток из моих напряжений будет колебаться выше и ниже нулевого напряжения.Мне было интересно, был ли это способ, которым я могу получить только положительное напряжение и самое высокое значение. Спасибо за уделенное время.

Я купил плату датчика Холла с датчиком ACS714T и подключил ее последовательно к ГОРЯЧЕМУ проводу, идущему от розетки переменного тока к моему устройству. Буду очень признателен за любую помощь. Я включил изображение значений, которые я получаю, и я ничего не меняю, просто включаю устройство и оставляю его включенным. 0-токовое напряжение составляет 2,5 Вольта.

Рикардо

Внутренняя схема привода ACS712T.

У меня есть похожий блок, использующий ACS712T, который почти идентичен. Оба датчика логометрического типа. Устройства на эффекте Холла предназначены для постоянного тока, а не переменного тока как такового. Устройства, изготовленные для одной полярности, производят центральное напряжение 2,5 вольта (при условии, что устройство на 5 вольт) без магнитного поля.

Использование магнитного поля переменного тока просто создает синусоидальную волну с размахом около 4 вольт (при максимальном токе) с центром в 2,5 вольта. При подключении вольтметра постоянного тока будет показано только 2,5 вольта, но при настройке переменного тока можно будет прочитать, скажем, 1.4 вольта переменного тока в лучшем случае. Ничего из этого не очень хорошо.

Можно использовать конденсатор, чтобы заблокировать 2,5 В постоянного тока, затем выпрямить переменный ток с помощью диода и отфильтровать оставшийся сигнал переменного тока. Это оставит небольшое напряжение, которое мало пригодится, скажем, для чтения аналогово-цифрового преобразователя.

Приведенная выше схема решает все эти проблемы, удаляя 2,5 вольта с выхода и обеспечивая усиление сигнала постоянного тока. Он также компенсирует потерю напряжения при использовании диода и может регулироваться.

Я выбрал LM358, потому что он будет работать от 5 вольт и использует одно напряжение питания.

Используя приведенные выше значения без применения магнитного поля к моему ACS712T и его выходу, подключенному к TP3, я измерил 2,5 вольта. На TP1 я измерил 0 вольт, а R6 отрегулирован примерно на 1,4 вольта на TP2.

При использовании постоянного магнита (южный полюс приложен к нижней части платы) выходное напряжение достигло пика 2,8 вольт. (диапазон от 0 до 2,8 вольт.) Поменяйте местами магнит и выход 0 вольт. При использовании переменного тока выберите значения для R5 и C1, чтобы получить чистый выход постоянного тока с небольшими пульсациями переменного тока, измеренными вольтметром переменного тока.4,7к и 0,1 мкФ должны работать. Для более быстрого отклика уменьшите значение C1.

Эта схема также была протестирована с 3-контактным устройством UGN3503U с аналогичными результатами.

Веб-сайт Copyright Lewis Loflin, Все права защищены.
Если вы используете этот материал на другом сайте, предоставьте ссылку на мой сайт.

 

Линейный датчик Холла — рабочая и прикладная схема

Линейные ИС на эффекте Холла представляют собой магнитные сенсорные устройства, предназначенные для реагирования на магнитные поля для получения пропорционального количества электроэнергии на выходе.

Таким образом, он становится полезным для измерения напряженности магнитных полей и в приложениях, требующих переключения выхода через магнитные триггеры.

Современные ИС на эффекте Холла разработаны с учетом устойчивости к большинству механических воздействий, таких как вибрации, рывки, удары, а также к влаге и другим атмосферным загрязнениям.

Эти устройства также невосприимчивы к колебаниям температуры окружающей среды, которые в противном случае могли бы сделать эти компоненты уязвимыми для нагревания и привести к неправильным результатам вывода.

Как правило, современные ИС с линейным эффектом Холла могут оптимально работать в диапазоне температур от -40 до +150 градусов Цельсия.

Основная схема расположения выводов

Ратиометрический режим работы

Многие стандартные интегральные схемы с линейным эффектом Холла, такие как серия A3515/16 от Allegro или DRV5055 от ti.com, являются ратиометрическими по своей природе, при этом устройства имеют фиксированное выходное напряжение и чувствительность меняются в зависимости от напряжения питания и температуры окружающей среды.

Напряжение покоя обычно может составлять половину напряжения питания.В качестве примера, если мы считаем, что напряжение питания устройства составляет 5 В, в отсутствие магнитного поля его выходное напряжение в состоянии покоя обычно составляет 2,5 В и будет изменяться со скоростью 5 мВ на гаусс.

В случае увеличения напряжения питания до 5,5В, напряжению покоя также будет соответствовать 2,75В, а чувствительность достигнет 5,5мВ/Гс.

Что такое динамическое смещение

ИС с линейным эффектом Холла, такие как BiCMOS A3515/16, включают запатентованную систему динамического подавления смещения с помощью встроенного высокочастотного импульса, чтобы контролировать остаточное напряжение смещения материала Холла. соответственно.

Остаточное смещение обычно может возникать из-за переформовки устройства, несоответствия температуры или из-за других соответствующих стрессовых ситуаций.

Вышеупомянутая особенность делает эти линейные устройства значительно стабильным выходным напряжением покоя, хорошо устойчивыми ко всем типам внешних негативных воздействий на устройство.

Использование линейной ИС на эффекте Холла

ИС на эффекте Холла можно подключить с помощью данных соединений, где выводы питания должны подходить к соответствующим клеммам постоянного напряжения (регулируемым).Выходные клеммы могут быть подключены к соответствующим образом откалиброванному вольтметру, имеющему чувствительность, соответствующую выходному диапазону Холла.

Рекомендуется подключение шунтирующего конденсатора 0,1 мкФ непосредственно к контактам питания ИС, чтобы защитить устройство от внешних электрических помех или паразитных частот.

После включения устройства может потребоваться несколько минут периода стабилизации, в течение которого его нельзя эксплуатировать с магнитным полем.

После внутренней термостабилизации устройства его можно подвергать воздействию внешнего магнитного поля.

Вольтметр должен немедленно зарегистрировать отклонение, соответствующее силе магнитного поля.

Определение плотности потока

Для определения плотности потока магнитного поля выходное напряжение устройства может быть нанесено на график и расположено по оси Y калибровочной кривой, пересечение выходного уровня с калибровочной кривой подтверждает соответствующее плотность потока на кривой по оси X.

Линейные датчики Холла Области применения

1. Линейные датчики Холла могут иметь различные области применения, некоторые из них представлены ниже:
2. Бесконтактные измерители тока для измерения тока, проходящего снаружи через проводник.
3. Измеритель мощности, идентичный предыдущему (счетчик ватт-часов) Обнаружение точки срабатывания по току, когда внешняя схема интегрирована со ступенью измерения тока для контроля и отключения заданного предела превышения тока.
4. Тензометрические датчики, в которых коэффициент деформации магнитно связан с датчиком Холла для обеспечения требуемых выходных сигналов.
5. Применения со смещенным (магнитным) зондированием Детекторы черных металлов, в которых устройство на эффекте Холла сконфигурировано для обнаружения черного материала посредством определения относительной силы магнитной индукции Датчик приближения, как и в приведенном выше приложении, приближение определяется путем аппроксимации относительной магнитной силы по устройство Холла.
6. Джойстик с датчиком промежуточного положения Датчик уровня жидкости — еще одно релевантное применение датчика Холла. Другими подобными приложениями, которые используют напряженность магнитного поля в качестве основной среды наряду с устройством на эффекте Холла, являются: Датчики температуры/давления/вакуума (с сильфонным узлом) Датчики положения дроссельной заслонки или воздушного клапана Бесконтактные потенциометры.

Принципиальная схема с использованием датчика Холла

Описанный выше датчик Холла можно быстро настроить с помощью нескольких внешних частей для преобразования магнитного поля в электрические импульсы переключения для управления нагрузкой. Простую принципиальную схему можно увидеть ниже:

В этой конфигурации датчик Холла будет преобразовывать магнитное поле в пределах заданной близости и преобразовывать его в линейный аналоговый сигнал через свой «выходной» контакт.

Этот аналоговый сигнал можно легко использовать для управления нагрузкой или для питания любой желаемой схемы переключения.

Как повысить чувствительность

Чувствительность приведенной выше базовой схемы на эффекте Холла можно увеличить, добавив дополнительный PNP-транзистор к существующему NPN, как показано ниже:

Использование операционного усилителя интегрирован с операционным усилителем для включения результатов включения в ответ на магнитную близость с устройством на эффекте холла.

Здесь инвертирующий вход операционного усилителя настроен на фиксированное опорное напряжение 1,2 В с использованием двух диодов серии 1N4148, а неинвертирующий вход операционного усилителя настроен на выход эффекта Холла для предполагаемого обнаружения.

Пресет 1k используется для установки порога переключения, при котором ОУ должен переключаться, в зависимости от силы и уровня близости магнитного поля вокруг эффекта холла.

В отсутствие магнитного поля выходной сигнал датчика Холла остается ниже установленного порога входных сигналов операционного усилителя.

Как только выходной сигнал эффекта Холла превышает неинвертирующий порог операционного усилителя, установленный предустановкой и опорным уровнем инвертирующего входа, выходной сигнал операционного усилителя становится высоким, в результате чего светодиод загорается. включить. Светодиод можно заменить другим каскадом схемы для включения какой-либо другой желаемой нагрузки.

Измерение тока на эффекте Холла: конфигурации с разомкнутым и замкнутым контуром

Датчики тока

широко используются в различных областях. Распространенным методом является резистивное измерение тока, при котором измеряется падение напряжения на шунтирующем резисторе для определения неизвестного тока. Решения на основе шунтирующих резисторов не обеспечивают гальванической развязки и не являются энергоэффективными, особенно при измерении больших токов.

Другой широко используемый метод основан на эффекте Холла. Датчик тока на эффекте Холла обеспечивает более высокий уровень безопасности благодаря гальванической развязке между датчиком и измеряемым током. Это также позволяет избежать значительного рассеивания мощности шунтирующего резистора, используемого в резистивных методах измерения тока.

В этой статье мы рассмотрим основы датчиков тока на эффекте Холла.

 

Измерение тока без обратной связи

Структура датчика тока без обратной связи на эффекте Холла показана на рисунке 1.

 

Рис. 1. Изображение предоставлено Dewesoft

 

Измеряемый ток протекает по проводнику, находящемуся внутри магнитного сердечника. Таким образом, ток создает магнитное поле внутри сердечника. Это поле измеряется датчиком на эффекте Холла, размещенным в воздушном зазоре сердечника.

Выход датчика Холла представляет собой напряжение, пропорциональное магнитному полю сердечника, которое также пропорционально входному току. Сигнал, создаваемый устройством Холла, обычно обрабатывается схемой формирования сигнала. Схема формирования сигнала может представлять собой простой каскад усиления или более сложную схему, предназначенную для устранения ошибки дрейфа устройства Холла и т. д. 

 

Зачем нам нужен магнитный сердечник?

Предположим, что магнитопровод отсутствует.{-5}~Тесла = 0,2~Гаусс\]

 

Чтобы понять, насколько мало это магнитное поле, обратите внимание, что магнитное поле Земли составляет около 0,5 Гаусса. Следовательно, очень сложно измерить ток силой 1 А, измеряя магнитное поле, которое он создает в свободном пространстве. Чтобы решить эту проблему, мы можем использовать магнитный сердечник, чтобы ограничивать и направлять магнитное поле, создаваемое током. Ядро обеспечивает путь высокой проницаемости для магнитного поля и действует как концентратор поля. Магнитное поле внутри ядра может быть в сотни или тысячи раз больше, чем то, которое данный ток может создавать в свободном пространстве.

 

Воздушный зазор

Как показано на рис. 1, магнитопровод имеет воздушный зазор, в котором размещен датчик Холла. Воздушный зазор может привести к возникновению краевого потока, когда некоторые линии потока отклоняются от своего прямого пути и, следовательно, не проходят через датчик, как ожидалось. Этот эффект окантовки показан на рисунке 2.

 

Рис. 2. Изображение предоставлено Р. Джезом

 

Из-за эффекта интерференции плотность магнитного потока, определяемая датчиком Холла, может быть меньше, чем плотность магнитного потока внутри сердечника.Другими словами, воздушный зазор может снизить эффективность сердечника при преобразовании первичного тока в сильное магнитное поле. Однако, если длина зазора мала по сравнению с площадью поперечного сечения зазора, эффект эффекта интерференции может быть относительно небольшим.

Воздушный зазор нужен нам для измерения магнитного поля внутри сердечника. Кроме того, воздушный зазор позволяет изменять общее сопротивление сердечника. Обратите внимание, что большой ток может создать сильное магнитное поле внутри сердечника и насытить его.Это может ограничить максимальный измеряемый ток. Регулируя длину воздушного зазора, мы можем изменить уровень насыщения сердцевины. На рис. 3 показано, как измеряемая плотность магнитного потока изменяется в зависимости от длины воздушного зазора для данного сердечника.

 

Рис. 3. Изображение предоставлено Allegro

 

С меньшими воздушными зазорами мы можем добиться большего магнитного усиления (усиление в гауссах на ампер). Однако меньший воздушный зазор может привести к насыщению сердечника при относительно меньшем токе. Следовательно, длина зазора напрямую влияет на максимальный ток, который можно измерить. В дополнение к длине зазора существуют и другие факторы, такие как материал сердечника, размеры сердечника и геометрия сердечника, которые определяют эффективность магнитного сердечника. Дополнительные сведения о сердечниках, подходящих для сильноточных приложений (> 200 А), см. в этом примечании по применению от Allegro.

 

Ограничения измерения тока без обратной связи

В конфигурации без обратной связи неидеальные эффекты, такие как ошибки линейности и коэффициента усиления, могут повлиять на точность измерения.Например, если чувствительность датчика меняется в зависимости от температуры, на выходе появится ошибка, зависящая от температуры. Кроме того, при измерении тока без обратной связи сердечник подвержен насыщению. Более того, смещение датчика Холла, а также коэрцитивная сила сердечника могут вносить свой вклад в ошибки.

 

Измерение тока с обратной связью

Метод измерения тока на эффекте Холла с обратной связью показан на рис. 4.

 

Рис. 4. Изображение предоставлено Cheemi-Tech

 

Как следует из названия, этот метод основан на концепции отрицательной обратной связи. В этом случае имеется вторичная обмотка, которая приводится в действие выходом цепи обратной связи. Путь обратной связи определяет магнитное поле внутри сердечника и регулирует ток через вторичную обмотку так, чтобы общее магнитное поле сердечника стало равным нулю. Посмотрим, как работает эта схема.

Измеряемый ток протекает по первичному проводнику и создает магнитное поле внутри сердечника.Это поле измеряется датчиком на эффекте Холла, размещенным в воздушном зазоре сердечника. Выход датчика Холла, представляющий собой напряжение, пропорциональное магнитному полю сердечника, усиливается и преобразуется в сигнал тока, проходящий через вторичную обмотку. Система спроектирована таким образом, что ток, проходящий через вторичную обмотку, создает магнитное поле, противодействующее магнитному полю первичного тока. При полном магнитном поле, равном нулю, мы должны иметь:

 

\[N_pI_p = N_sI_s\]

 

, где N _p и N _s — соответственно число витков первичной и вторичной обмоток; и I _p и I _s — первичный и вторичный токи.На рисунке 4 мы имеем N _p  = 1 и \[V_{out} = R_m \times I_s\]. Отсюда получаем:

 

\[V_{out} = R_m \times \frac{1}{N_s} \times I_p\]

 

Это дает нам напряжение, пропорциональное первичному току. Обратите внимание, что коэффициент пропорциональности \[R_m \times \frac{1}{N_s}\] является функцией количества витков и номинала шунтирующего резистора. Количество витков является постоянной величиной, и резисторы также очень линейны.

 

Измерение тока в разомкнутом контуре по сравнению с измерением тока в замкнутом контуре

Отрицательная обратная связь, используемая в архитектуре с обратной связью, позволяет уменьшить неидеальные эффекты, такие как линейность и ошибки усиления. Вот почему, в отличие от конфигурации без обратной связи, на архитектуру с обратной связью не влияет дрейф чувствительности датчика. Следовательно, конфигурация с замкнутым контуром обеспечивает более высокую точность. Датчик тока с обратной связью более устойчив к насыщению сердечника, поскольку плотность магнитного потока внутри сердечника очень мала.

При измерении с обратной связью вторичная катушка активно управляется мощным усилителем. Дополнительные компоненты, используемые в архитектуре с обратной связью, приводят к большей площади печатной платы, более высокому энергопотреблению, а также более высокой цене.

Проблема стабильности — еще один недостаток датчика тока с обратной связью. В конфигурации с замкнутым контуром нам необходимо получить передаточную функцию системы и убедиться, что система стабильна. Нестабильная система может демонстрировать перерегулирование или звон в ответ на быстрое изменение входного тока. Чтобы сделать замкнутую систему стабильной, нам обычно нужно ограничить ее пропускную способность. Однако уменьшение пропускной способности системы может увеличить время отклика и сделать систему неспособной реагировать на быстрые изменения входных данных.Обычно ожидается, что конфигурация без обратной связи будет демонстрировать более быстрое время отклика.

Обратите внимание, что смещение датчика Холла может способствовать ошибкам как в конфигурациях с обратной связью, так и в конфигурациях без обратной связи. Смещение элемента Холла из качественного антимонида индия (InSb) обычно составляет ±7 мВ.

 

Современные интегрированные решения

Стоит отметить, что современные датчики тока на основе эффекта Холла используют инновационные методы для устранения некоторых из вышеуказанных ограничений.Например, DRV411 от TI представляет собой микросхему формирования сигнала, разработанную для приложений измерения тока с обратной связью, в которой используется метод вращения тока для устранения смещения элемента Холла и ошибок дрейфа. Этот метод показан на рисунке 5.

 

Рис. 5. Текущая технология вращения, используемая в DRV411. Изображение предоставлено Texas Instruments

 

Другим примером является ACS720 [ссылка для скачивания в формате PDF] от Allegro, который предназначен для приложений измерения тока без обратной связи.ACS720 использует встроенные алгоритмы температурной компенсации для оптимизации точности в зависимости от температуры.

 

Рис. 6. Блок-схема ACS720. Изображение предоставлено Allegro Microsystems [ссылка для скачивания в формате PDF]

Чтобы увидеть полный список моих статей, посетите эту страницу.

Понимание и применение эффекта Холла

Эффект Холла был открыт Эдвином Холлом в 1879 году, но прошло много лет, прежде чем технологические разработки позволили интегральным схемам в полной мере использовать это явление.Сегодня ИС датчика Холла предлагают удобный способ достижения точных измерений тока, сохраняя гальваническую развязку между цепью измеряемого тока и измерительной цепью.

Рекомендуемый уровень

Новичок

От Лоренца до Холла

Эффект Холла является расширением силы Лоренца, которая описывает силу, действующую на заряженную частицу, например электрон, движущуюся через магнитное поле. Если магнитное поле ориентировано перпендикулярно направлению движения электрона, на электрон действует сила, перпендикулярная как направлению движения, так и ориентации магнитного поля.

Эффект Холла относится к ситуации, когда сила Лоренца действует на электроны, движущиеся по проводнику, так что между двумя сторонами проводника возникает разность электрических потенциалов, другими словами, напряжение.

  

Обратите внимание, что стрелки на этой второй диаграмме указывают направление обычного течения тока, что означает, что электроны движутся в противоположном направлении. Направление силы Лоренца определяется правилом правой руки, которое учитывает направление, в котором движется электрон относительно магнитного поля. На первой диаграмме электрон движется вправо, а сила Лоренца направлена ​​вверх. На второй диаграмме, когда электроны текут влево, сила Лоренца направлена ​​вниз, и, таким образом, отрицательный заряд накапливается ближе к нижнему краю проводника. В результате возникает разность потенциалов между верхним и нижним краями проводника, при этом верхний край более положителен, чем нижний край. Эта разность потенциалов называется напряжением Холла:

$$V_{Холл}=-\frac{IB}{eρt}$$

Это уравнение, применимое к пластине с током, говорит нам, что напряжение Холла связано с амплитудой тока, протекающего через проводник (I), напряженностью магнитного поля (B), элементарным зарядом электрона (e), количество электронов на единицу объема (ρ) и толщину пластины (t).

Использование эффекта Холла

Напряжения, генерируемые эффектом Холла, малы по сравнению с шумами, смещениями и температурными эффектами, которые обычно влияют на цепь, поэтому практические датчики, основанные на эффекте Холла, не были широко распространены до достижений в полупроводниковой технологии. разрешены высокоинтегрированные компоненты, включающие элемент Холла и дополнительные схемы, необходимые для усиления и согласования напряжения Холла. Тем не менее, датчики на эффекте Холла ограничены в своей способности измерять малые токи.Например, ACS712 от Allegro MicroSystems имеет чувствительность 185 мВ/А. Это означает, что ток 10 мА будет давать выходное напряжение всего 1,85 мВ. Это напряжение может быть приемлемым, если схема имеет низкий уровень собственных шумов, но если в цепь тока можно включить резистор сопротивлением 2 Ом, результирующее выходное напряжение 20 мВ будет значительным улучшением.

Эффект Холла имеет отношение к целому ряду датчиков; устройства, основанные на этом относительно простом соотношении между током, магнитным полем и напряжением, могут использоваться для измерения положения, скорости и напряженности магнитного поля.Однако в этой статье мы сосредоточимся на устройствах, которые измеряют ток с помощью напряжения Холла, генерируемого, когда магнитное поле, индуцированное измеряемым током, концентрируется на интегрированном элементе эффекта Холла.

Плюсы и минусы

Рабочие характеристики варьируются от одного датчика тока на эффекте Холла к другому, поэтому трудно точно суммировать преимущества и недостатки измерения на эффекте Холла по сравнению с другими распространенными методами измерения тока; а именно, включение прецизионного резистора в путь тока и измерение результирующего падения напряжения с помощью дифференциального усилителя.Однако в целом датчики на эффекте Холла ценятся за то, что они «ненавязчивы» и обеспечивают электрическую изоляцию между путем тока и измерительной цепью. Эти устройства считаются неинтрузивными, потому что в путь тока не вводится значительное сопротивление, и, таким образом, измеряемая цепь ведет себя почти так, как будто датчик отсутствует. Дополнительным преимуществом является то, что датчик рассеивает минимальную мощность; это особенно важно при измерении больших токов.

Что касается точности, доступные в настоящее время датчики на эффекте Холла могут обеспечивать выходную погрешность всего 1%. Хорошо спроектированная резистивная схема измерения тока может превзойти это значение, но 1%, как правило, будет достаточно в приложениях с высоким током/высоким напряжением, для которых особенно подходят устройства на эффекте Холла.

К недостаткам датчиков Холла относятся ограниченный диапазон частот и более высокая стоимость. ACS712 предлагает внутреннюю полосу пропускания 80 кГц, а Melexis MLX91208, который продается как «широкополосное» устройство, рассчитан на полосу пропускания до 250 кГц.С другой стороны, резистивная схема измерения тока с высокоскоростным усилителем может хорошо работать в мегагерцовом диапазоне. Кроме того, как обсуждалось выше, эффект Холла по своей природе ограничен в отношении измерения малых токов.

Изоляция

Одним из основных преимуществ датчиков Холла является электрическая изоляция, которую в контексте проектирования цепей или систем часто называют гальванической развязкой. Принцип гальванической развязки используется всякий раз, когда конструкция требует, чтобы две цепи взаимодействовали таким образом, чтобы предотвратить любой прямой поток электрического тока. Простой пример: цифровой сигнал проходит через оптоизолятор, который преобразует импульсы напряжения в световые импульсы и, таким образом, передает данные оптическим, а не электрическим способом. Одной из основных причин внедрения гальванической развязки является предотвращение проблем, связанных с контурами заземления:

 

Основные принципы проектирования схем предполагают, что взаимосвязанные компоненты имеют общий узел заземления, который, как предполагается, находится под напряжением 0 В. Однако в реальной жизни «узел заземления» состоит из проводников с ненулевым сопротивлением, и эти проводники служат обратным проводником. путь тока, протекающего от цепи обратно к источнику питания.Закон Ома напоминает нам, что ток и сопротивление создают напряжение, и эти падения напряжения на обратном пути означают, что «земля» в одной части цепи или системы не имеет того же потенциала, что и «земля» в другой части. Эти различия в потенциале земли могут привести к проблемам, от незначительных до катастрофических.

Предотвращая протекание постоянного тока между двумя цепями, гальваническая развязка позволяет цепям с разными потенциалами земли успешно обмениваться данными. Это особенно актуально для приложений измерения тока: низковольтный датчик и схема обработки могут потребоваться для контроля больших, сильно меняющихся токов, например, в цепи привода двигателя.Эти большие, быстро меняющиеся токи приведут к значительным колебаниям напряжения на обратном пути. Датчик на эффекте Холла позволяет системе контролировать ток возбуждения и защищать цепь высокоточного датчика от этих вредных колебаний заземления.

Синфазное напряжение

Другим важным применением датчиков Холла являются измерения тока при высоких напряжениях. В резистивной цепи измерения тока дифференциальный усилитель измеряет разницу в напряжении между одной стороной резистора и другой.Однако возникает проблема, когда эти напряжения велики по отношению к потенциалу земли:

Реальные усилители имеют ограниченный «диапазон синфазного сигнала», что означает, что устройство не будет работать должным образом, когда входные напряжения, хотя и малы по отношению друг к другу, слишком велики по отношению к земле. Синфазные диапазоны усилителей измерения тока обычно не выходят за пределы 80 или 100 В. С другой стороны, датчики на эффекте Холла могут преобразовывать ток в напряжение без привязки к потенциалу земли измеряемой цепи.Следовательно, пока напряжения недостаточно велики, чтобы вызвать физическое повреждение, синфазное напряжение не влияет на работу устройства на эффекте Холла.

Что такое ИС на эффекте Холла?

1. Что такое эффект Холла IC
2. Принцип работы интегральной схемы на эффекте Холла
3. Конфигурация интегральной схемы на эффекте Холла
4. Типы ИС на эффекте Холла
5. Методы обнаружения эффекта Холла IC
6. Как выбрать подходящую ИС на эффекте Холла

Микросхема на эффекте Холла ABLIC

Что такое эффект Холла IC

Элементы Холла

являются типичным примером различных типов магнитных датчиков, в которых используются полупроводники.Элементы Холла — это датчики, использующие гальваномагнитный эффект, называемый эффектом Холла. От элемента Холла можно получить очень небольшое напряжение, поэтому такие элементы обычно требуют усилителей, таких как операционные усилители. Поскольку ИС на эффекте Холла сочетает в себе элемент Холла и операционный усилитель, количество внешних компонентов может быть уменьшено, а конструкция схемы может быть упрощена.

Можно различить магнитные полюса с помощью одной интегральной схемы на эффекте Холла. Такие ИС используются для самых разных целей, в том числе общего и автомобильного назначения.Основные цели обнаружения ИС на эффекте Холла включают обнаружение вращения, обнаружение положения, обнаружение открытого/закрытого положения, обнаружение тока, обнаружение направления и многие другие. ИС общего назначения на эффекте Холла используются для широкого спектра продуктов, от крупной бытовой техники, такой как стиральные машины и холодильники, до мобильных телефонов. ИС автомобильного назначения, естественно, используются для определения того, открыты или закрыты окна и двери, но многие ИС на эффекте Холла также используются для таких целей, как определение высоты транспортного средства, скорости и количества оборотов двигателя.

Принципы работы ИС на эффекте Холла

ИС на эффекте Холла содержит элемент Холла. Через этот элемент протекает ток, и, когда магнитное поле (от магнита), перпендикулярное направлению тока, приближается к элементу, на носитель, который ведет ток, действует сила Лоренца. Сила Лоренца приводит к возникновению напряжения (напряжения Холла) в направлении, перпендикулярном току и магнитному полю (эффект Холла). ИС на эффекте Холла обнаруживает наличие магнитного поля (от магнита), обнаруживая это напряжение.Выходное напряжение увеличивается прямо пропорционально плотности магнитного потока.

На основании правила левой руки Флеминга направление перпендикулярного напряжения (напряжение Холла) изменяется в зависимости от направления магнитного поля (северный или южный полюс). Следовательно, ИС на эффекте Холла может обнаруживать не только наличие магнитного поля, но и направление поля (северный или южный полюс) на основе направления этого напряжения.

Рисунок 1 Принципы работы элемента Холла

Конфигурация интегральной схемы на эффекте Холла

ИС переключателя Холла усиливает напряжение (напряжение Холла), выдаваемое элементом Холла, и выдает сигнал путем обработки сигналов внутри ИС в зависимости от плотности магнитного потока.

Существует два типа интегральных схем на эффекте Холла. Один из них представляет собой высокоскоростной тип работы для обнаружения вращения двигателей и т. д., а другой тип представляет собой тип с низким потреблением тока для оборудования с батарейным питанием.
Ниже в Таблице 1 и на Рисунке 2 показана внутренняя конфигурация микросхемы на эффекте Холла с низким потреблением тока.

Таблица 1 Конфигурация интегральной схемы на эффекте Холла

Блок	Описание
Элемент Холла	Обнаруживает магнитное поле (от магнита) и выводит напряжение (напряжение Холла).
Усилитель прерывателя	Усиливает выходное напряжение (напряжение Холла) элемента Холла.
Схема сна/пробуждения	Управляет работой и неработанием, осуществляя прерывистое управление.
Компаратор с гистерезисом (схема сравнения)	Они управляют выходом и выводят сигнал высокого или низкого уровня в зависимости от плотности магнитного потока.
Выходной инвертор (или транзистор Nch)

Рис. 2. Блок-схема ИС на эффекте Холла (серия S-5712, выходной продукт CMOS)

Типы ИС на эффекте Холла

ИС на эффекте Холла, которые используют различные методы обнаружения, могут быть выбраны в соответствии с назначением.В этой главе описываются репрезентативные типы микросхем Hal.

Существует два основных типа ИС на эффекте Холла: с линейным выходом (аналоговый выход, цифровой выход), который используется для получения выходного напряжения, прямо пропорционального напряженности магнитного поля, и с переключением (цифровой выход). тип), который используется для получения сигнала включения/выключения. ИС на эффекте Холла серий S-5711A и S-5712 представляют собой ИС импульсного типа с гистерезисными характеристиками, к которым добавлены схемы Шмитта.

Типы ИС на эффекте Холла

1. Тип линейного выхода:  Используется для получения выходного напряжения, прямо пропорционального напряженности магнитного поля
2. Тип переключения:  Используется для получения сигнала включения/выключения

 

Методы обнаружения эффекта Холла IC

ИС на эффекте Холла обнаруживают магнитные поля, которые имеют либо северный, либо южный полюс. В этом разделе описываются четыре типа обнаружения IC на эффекте Холла: однополярное обнаружение , которое представляет собой обнаружение либо северного, либо южного полюса, всеполярное обнаружение , которое представляет собой обнаружение как северного, так и южного полюсов без дискриминации, биполярное обнаружение , то есть обнаружение северного и южного полюсов попеременно.Биполярное детектирование используется не только для определения силы магнитного поля, но и для различения северного и южного полюсов, что является характеристикой IC эффекта Холла. Четвертым методом обнаружения является ZCL ^TM (защелка перехода через ноль) , который представляет собой обнаружение изменения полярности точки (точка пересечения нуля). ZCL ^TM — это первый в мире метод обнаружения.

Выберите подходящий метод обнаружения в соответствии с типом приложения, для которого будет использоваться интегральная схема на эффекте Холла.ABLIC массово производит микросхемы на эффекте Холла, в которых используются все четыре вышеуказанных метода обнаружения.

Обнаружение униполярности

Для этого метода обнаруживается только один полюс магнитного поля (северный или южный), и операция включения/выключения выполняется в соответствии с плотностью магнитного потока для вывода сигнала высокого или низкого уровня.

Однополярное обнаружение (для продукта, который выдает сигнал низкого уровня при обнаружении южного полюса.)

Всеполярное обнаружение

Для этого метода обнаруживаются оба полюса магнитного поля (северный и южный), и операция включения/выключения выполняется в соответствии с плотностью магнитного потока для вывода сигнала высокого или низкого уровня.

Всеполярное обнаружение (для продукта, который выдает сигнал низкого уровня при обнаружении любого полюса.)

Биполярное обнаружение

Для этого метода оба полюса магнитного поля (северный и южный) обнаруживаются попеременно, а операция включения/выключения выполняется в соответствии с плотностью магнитного потока и полярностью для вывода сигнала высокого или низкого уровня.

ZCL

^TM (Защелка пересечения нуля) Обнаружение

ZCL определяет точку, когда S-полюс плотности приложенного магнитного потока меняется на N-полюс или наоборот, то есть когда происходит изменение полярности.
Оптимизированное для управления бесколлекторным двигателем постоянного тока, обнаружение ZCL может легко предотвратить снижение эффективности двигателя из-за колебаний температуры и производственных отклонений. >Дополнительная информация «Что такое микросхема на эффекте Холла ZCL?»
«ZCL» является зарегистрированным товарным знаком ABLIC Inc.

Сократим трудозатраты на проектирование, чтобы создать идеальный двигатель
с помощью первого в мире метода обнаружения
На что способна интегральная схема на эффекте Холла ZCL

Как выбрать подходящую интегральную схему на эффекте Холла

ABLIC предлагает широкий выбор интегральных схем на эффекте Холла по требованию клиентов.Вы можете выбрать подходящую микросхему на эффекте Холла, рассмотрев приведенный ниже порядок.

Таблица выбора ИС на эффекте Холла

Микросхема на эффекте Холла ABLIC

Датчики Холла

---

---

ГОАЛЫ :

• Опишите эффект Холла.
• Обсудите принцип работы генератора Холла.
• Обсудите приложения, в которых можно использовать генераторы Холла.

Принципы работы

фгр.1 Через кусок полупроводникового материала протекает постоянный ток.

Эффект Холла — простой принцип, который широко используется в промышленности. сегодня. Эффект Холла был открыт Эдвином Х. Холлом в Университете Джона Хопкинса. Университет 1879 г.

Мистер Холл изначально использовал кусок чистого золота для создания эффекта Холла, но сегодня используется кусок полупроводникового материала, потому что полупроводник материал работает лучше и дешевле в использовании. Устройство часто называется генератором Холла.

Фгр. 1 показано, как возникает эффект Холла. постоянный ток источник питания подключен к противоположным сторонам куска полупроводника материал. К двум другим сторонам подключен чувствительный вольтметр.

Если ток протекает прямо через полупроводниковый материал, напряжение отсутствует. производится через соединение вольтметра.

Фгр. 2 показан эффект приближения магнитного поля к полупроводнику. материал.Магнитное поле вызывает обнаружение пути течения тока на одну сторону материала. Это приводит к возникновению потенциала или напряжения. на противоположных сторонах полупроводникового материала.

Если полярность магнитного поля меняется на противоположную, путь тока обнаруживаются в противоположном направлении, как показано на Fgr. 3. Это вызывает полярность напряжения, вырабатываемого генератором Холла, изменить. Два фактора определить полярность напряжения, вырабатываемого генератором Холла:

1. направление тока через полупроводниковый материал; и

2. полярность магнитного поля, используемого для обнаружения тока.

Величина напряжения, вырабатываемого генератором Холла, определяется:

1. количество тока, протекающего через полупроводниковый материал; и

2. Сила магнитного поля, используемого для обнаружения пути тока.

Генератор Холла имеет много преимуществ перед датчиками других типов.С это твердотельное устройство, в нем нет движущихся частей или контактов, которые можно было бы изнашивать. вне. На него не влияют грязь, масло или вибрация. Генератор Холла представляет собой интегральную схему, которая монтируется во многих различных типах и стилях. дел.

фгр. 2 Магнитное поле обнаруживает путь прохождения тока через полупроводник.

фгр. 3 Текущий путь обнаружен в противоположном направлении.

фгр. 4 Напряжение переменного тока создается вращающимся магнитным диском.

— Генераторы Холла —

Датчик скорости двигателя

Генератор Холла можно использовать для измерения скорости вращающегося устройства. Если диск с магнитными полюсами по окружности прикрепить к вращающийся вал, а возле диска установлен датчик Холла, напряжение будет производиться при вращении вала. Так как диск имеет чередующиеся магнитные полярности по окружности, датчик будет вырабатывать переменное напряжение.фгр. 4 показан генератор Холла, используемый таким образом. фгр. 5 показывает переменный ток форма волны, создаваемая вращающимся диском. Частота переменного напряжения пропорциональна количеству магнитных полюсов на диске и скорости вращения.

Еще один способ определения скорости — использование релюктора. Неохота диск из черного металла, используемый для отвода магнитного поля от какого-либо другого объект. В датчике этого типа используется металлический диск с насечками, прикрепленный к вращающемуся вал. Диск разделяет датчик Холла и постоянный магнит (рис. 6). Когда выемка находится между датчиком и магнитом, создается напряжение генератором Холла. Когда сплошная металлическая часть диска находится между датчик и магнит, магнитное поле отводится от датчика. Это вызывает значительное падение напряжения, вырабатываемого генератором Холла.

Поскольку полярность магнитного поля не меняется, напряжение Генератор Холла представляет собой пульсирующий постоянный ток, а не переменный. Текущий.

Фгр. 7 показаны импульсы постоянного тока, создаваемые генератором. Количество импульсов произведенное в секунду, пропорционально количеству насечек на релюкторе и скорости вращающегося вала.

фгр. 5 Синусоида.

фгр. 6 Reluctor отводит магнитное поле от датчика.

фгр. 7 Импульсы прямоугольной формы, создаваемые генератором Холла.

фгр. 8 Генератор Холла используется для определения положения движущегося устройства.

Датчик положения

Генератор Холла можно использовать аналогично концевому выключателю. Если датчик установлен рядом с движущимся оборудованием и постоянно магнит прикреплен к движущемуся оборудованию, будет производиться напряжение когда магнит движется рядом с датчиком (рис. 8). Преимущества зала датчик заключается в том, что он не имеет контактов рычажной брони для износа, как общий предел переключатель, так что он может работать через миллионы операций машины.

Датчик положения на эффекте Холла показан на рис. 9. Обратите внимание, что этот тип датчиков различаются по размеру и стилю, чтобы соответствовать практически любому применению. Должность датчики работают как цифровые устройства в том смысле, что они ощущают присутствие или отсутствие магнитного поля. У них нет способности ощущать интенсивность поля.

Концевые выключатели на эффекте Холла

фгр. 9 Датчик положения на эффекте Холла.

фгр.10 Концевой выключатель на эффекте Холла.

фгр. 12 Датчик Холла.

фгр. 11 Датчик Холла определяет, когда в цепи протекает постоянный ток.

Другим устройством на эффекте Холла, используемым в очень похожем приложении, является датчик Холла. концевой выключатель эффекта (группа 10). В этом концевом выключателе используется генератор Холла. вместо набора контактов. Магнитный плунжер механически активируется по маленькой кнопке. К выключателю можно прикрепить различные типы рычагов, что позволяет использовать его для многих приложений.

Эти переключатели обычно предназначены для работы от источника постоянного тока 5 В. для приложений TTL (транзисторно-транзисторная логика) или от 6 до 24 вольт Источник постоянного тока для интерфейса с другими типами электронного управления или для обеспечения вход для программируемых контроллеров.

Датчик тока

Поскольку источником тока для генератора Холла является отдельный источник питания, магнитное поле не должно двигаться или изменяться для получения выходного напряжения.Если датчик Холла установлен рядом с катушкой провода, напряжение будет вырабатываться генератором при протекании тока через провод. фгр. 11 показан датчик Холла, используемый для обнаружения, когда постоянный ток протекает по цепи. Датчик Холла показан на рис. 12.

Генератор Холла все чаще используется в промышленности. Поскольку время нарастания и спада сигнала генератора Холла обычно менее 10 микросекунд, он может работать с частотой импульсов до 100 000 импульсов в секунду.Это делает его особенно полезным в промышленности.

фгр. 13 Линейный преобразователь на эффекте Холла.

Датчики линейных перемещений

Преобразователи линейных перемещений

предназначены для получения выходного напряжения, пропорционального к силе магнитного поля. Входное напряжение обычно составляет от 8 до 16 В. вольт, но величина выходного напряжения определяется типом преобразователя использовал. Линейные преобразователи на эффекте Холла могут быть получены двух типов. выходов.Один тип имеет регулируемый выход и выдает напряжение 1,5 до 4,5 вольт. Другой тип имеет пропорциональный выход и производит выходное напряжение составляет от 25% до 75% входного напряжения. Линейный эффект Холла преобразователь показан на рис. 13.

ВИКТОРИНА :

1. Из какого материала был изготовлен первый генератор Холла?

2. Какие два фактора определяют полярность вырабатываемого выходного напряжения генератором Холла?

3.Какие два фактора определяют величину напряжения, создаваемого Холлом? генератор?

4. Что такое неохота?

5. Почему магнитное поле не обязательно должно двигаться или изменяться, чтобы производить выходное напряжение в генераторе Холла?

.