Датчики холла принцип работы применение

Датчик Холла: принцип работы и особенности ремонта

Датчики в конструкции машины – своеобразные шпионы, которые сообщают головным узлам автомобиля ту или иную информацию, а последние в свою очередь, анализируя полученные данные, принимают решение относительно своей дальнейшей работы. Подобных шпионов в любом транспортном средстве установлено немало, однако и среди этих вспомогательных деталей выделяют некоторые основные. Так, датчик тока, основанный на эффекте Холла, участвует в работе многих систем автомобиля. Есть желание узнать о нём подробнее? Тогда обязательно ознакомьтесь с приведённой ниже статьёй, которая во всевозможных разрезах рассматривает линейный датчик Холла.

Основные принципы работы датчиков Холла

Принцип работы прибора заключается в наличии званного элемента, который связывается с электрической схемой.

Сам датчик Холла – это такая микросхема, способная на выходе создавать тот или иной информационный сигнал. Зафиксированное магнитное поле – это и есть основа принципа работы данного механизма. Чтобы определить скорость перемещения неподвижных элементов той или иной конструкции, к ней прикрепляют датчик Холла и магниты к подвижной части.

Также движущиеся контакты и части могут просто намагничиваться и не будет необходимости дополнять конструкцию чем-либо. А с целью измерения скорости вращения потребуется несколько постоянных магнитов и сам датчик Холла. В таком случае принцип работы такого приспособления будет следующим:

• в свободном состоянии пластинка будет перемещаться между двумя полюсами;
• также она будет экранировать магнитное поле;
• во время каждого оборота будет происходить электрический импульс в тахометр.

А чтобы увеличить точность показателей нужно увеличить количество используемых магнитов.

Аналоговые и цифровые решения

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

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

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

Режимы срабатывания датчиков

1. Защелка (омниполярный датчик)

Выход переходит в низкое состояние, когда над маркированной стороной корпуса датчика проходит южный полюс магнита. Переход в высокое состояние происходит тогда, когда магнит поворачивается северным полюсом к датчику. Состояние выхода не меняется при отсутствии магнитного поля. Таким образом, срабатывание датчика происходит при изменении полярности приложенного к нему магнитного поля.

2. Биполярный датчик

Выход переходит в низкое состояние, когда над маркированной стороной корпуса датчика проходит южный полюс магнита. Переход в высокое состояние происходит тогда, когда магнит поворачивается северным полюсом к датчику. При отсутствии магнита выход датчика находится в неопределенном состоянии: некоторые датчик изменяют положение на выходе, некоторые нет.

3. Униполярный датчик

Выход датчика переходит в низкое состояние при определении южного полюса магнита, и в высокое состояние при удалении магнита (отсутствие магнитного поля). Датчик не реагирует на северный магнитный полюс.

Система обозначений

1. Серия
2. Тип корпуса: UA — TO-92UA, SF/TQ — SOT-89B, UT — TO-92UT
3. Температурный диапазон: Е — -40…100°С, К — -40…140°С, А — -40…170°С
4. Конфигурация выводов: 1 – шаг 2.54 мм, 2 – шаг 1.27 мм
5. Упаковка: B – россыпью, R – на ленте
6. Количество штук в упаковке
7. Специальные возможности

Датчики Холла. Виды и применения. Работа и подключения

Речь пойдет о датчике тока, принцип действия которого основан на эффекте Холла (Датчики Холла). Что это за эффект, и как такой датчик можно сделать в домашних условиях? Чтобы лучше понять эффект Холла нужно разобрать эксперимент физика, в честь которого был назван этот эффект.

• Цифровые датчики . Работают на определение магнитного поля. Если индукция доходит до определенного предела, то датчик дает сигнал на присутствие магнитного поля. Если предел не достигнут, то сигнал равен нулю. Слабая индукция и малая чувствительность датчика не дает сигнал наличия поля. Недостатком такого типа датчика является то, что у него есть зона нечувствительности порогов.

Цифровые датчики Холла делятся на униполярные и биполярные:

— Униполярные датчики Холла работают, если есть поле какой-либо полярности, выключаются при уменьшении индукции.
— Биполярные датчики Холла срабатывают на изменение полярности поля. При одной полярности датчик включается, а при другой – выключается.

• Аналоговый вид датчиков Холла изменяет индукцию поля в разность потенциалов. Значение датчика зависит от полярности и его силы. Нужно учитывать, на каком расстоянии находится датчик.

Применение

Датчики Холла входят в состав многих приборов. Чаще они применяются в измерении напряженности поля магнитной индукции, в электродвигателях, в ионных двигателях ракет. Широкое распространение датчики Холла нашли в устройстве системы зажигания современных автомобилей.

Также они используются в бесконтактных выключателях, герконах, при измерении силы тока, уровня жидкости и других местах. Главное их преимущество – это воздействие без физического контакта.

Как проверить на автомобиле исправность датчика Холла

В быту с такой проблемой сталкиваются чаще всего автомобилисты. Наиболее простым способом является обыкновенная замена на исправный датчик. Если после замены система зажигания заработала, значит необходимо менять датчик.

Если нечем заменить проверяемый датчик, то собирают простое устройство, которое может имитировать работу датчика Холла. Берется кусок провода, и тройной разъем от распределителя зажигания. Эти предметы работают аналогично датчику.

Для контроля пользуются обычным мультиметром. Если датчик вышел из строя, то тестер покажет 0,4 вольта или меньше. Также проверяется работа датчика путем проверки искры при подключении зажигания. Перед этим соединяют концы провода к выходам коммутатора.

Если неисправность возникла не на автомобиле, а на другом оборудовании, то необходим тестер. Методика проверки будет зависеть от прибора, в котором установлен датчик.

Датчики Холла в смартфонах

Мобильные гаджеты имеют в составе много функциональных блоков. Среди них есть вспомогательные датчики, одним из которых является датчик Холла. В современных устройствах связи такие датчики являются измерительными элементами, с помощью которых определяют мощность магнитного поля, его изменения. Они называются в честь ученого Холла.

Для чего установлен датчик Холла в смартфоне

Этот сенсорный элемент имеет много возможностей. Одной из них является измерение магнитной индукции приборов, а также бесконтактное управление. В дорогих моделях смартфонов имеется магнитометр, работа которого основана на датчике Холла.

На многих мобильниках этот датчик не полностью реализован. В основном этот сенсор применяют для таких задач:

• Цифровой компас. Применяется для программ навигации и повышения скорости позиционирования.
• Оптимизация взаимодействия устройства с разными аксессуарами, магнитными чехлами.
• Применение датчика в раскладных моделях телефонов, для включения и отключения экрана при движении крышки.

Пример работы магнитного датчика Холла в чехле и смартфона заключается в том, что при открывании и закрытии чехла автоматически происходит блокировка экрана. Датчик реагирует на движение магнита, на усиление магнитного поля.

Принцип действия

Понадобится пластина и элемент питания постоянного тока. Подключаем пластину к батарее. От плюса к минусу начинает протекать электрический ток, вызванный движением заряженных частиц. Из курса физики эти частицы, или по-другому электроны летят против движения тока. Теперь поднесем два магнита к пластине разными полюсами так, чтобы линии индукции проходили через ее сечение.

Возникает так называемая сила Лоренца, которая отклоняет летящие по пластине электроны в сторону. Из-за этого возникает разность потенциалов на краях пластины. Эта разность потенциалов, иначе говоря, напряжение будут меняться в зависимости от силы тока и магнитного поля. Такой эффект носит название человека, который его обнаружил в 1879 году. Им был Эдвин Холл.

На основе этого эффекта выпускается большое количество датчиков, позволяющих без физического разрыва провода измерять в нем как постоянный, так и переменный ток, поскольку при протекании тока в проводнике создается электромагнитное поле.

Оно подобно тем магнитам, подносимым к пластине, изменяет выходное напряжение датчика Холла.

Но возникает проблема того, что это поле при протекании не сильно больших токов само по себе очень мало. Для того, чтобы его увеличить, будем использовать ферритовое кольцо, которое имеет особые магнитные свойства и позволит увеличить необходимое нам электромагнитное поле до уровня для обнаружения протекания тока в проводнике.

Сборка датчика тока на основе эффекта Холла

Попробуем сделать собственный датчик тока. Понадобится ферритовое кольцо и датчик Холла. Найти ферритовое кольцо не составляет особых проблем. Они есть в блоках питания компьютера или энергосберегающих ламп, а также продаются в радиомагазинах по цене от 10 до 100 рублей в зависимости от размера самого кольца. В нашем случае имеется кольцо диаметром 28 мм за 55 рублей.

Подойдут кольца различных диаметров вплоть до 10 мм. Чем больше кольцо, тем чувствительнее получится датчик тока. Что касается датчика Холла, то его можно заказать со всем известного сайта. Стоит он недорого. Либо можно найти в нерабочих вентиляторах, ноутбуках и прочих устройствах, где он может использоваться. Датчики Холла Аналоговые и цифровые (Дискретные).

Дискретные работают по принципу транзисторов, то есть, при превышении какого-либо уровня магнитного поля датчик срабатывает. Аналоговый вид меняет свое выходное напряжение в зависимости от величины проходящего через него магнитного поля. Нам понадобится аналоговый датчик Холла. Если вы хотите не только детектировать протекание тока по проводнику, но также знать приблизительную величину этого тока. В нашем случае это аналоговый датчик ОН49Е.

Схема подключения датчика

Схема подключения выглядит следующим образом.

Как видно из рисунка для детектирования магнитного поля, создаваемого током в проводнике, нам необходимо будет сделать зазор в ферритовом кольце и поместить туда датчик Холла. Тем самым появится возможность измерять величину этого электромагнитного поля. На основании полученных данных можно делать вывод о том, есть ли сейчас ток в проводнике, и какой он величины.

Чтобы получить более универсальный вариант этого датчика, мы распилили ферритовое кольцо пополам, что без тисков было сделать сложно. Это привело к поломке кольца. Как хорошо, что люди придумали клей, и это дело мы быстро исправили. Получив две половинки, мы убрали неровности наждачной бумагой. Затем на одну из сторон мы вырезали и приклеили плотный лист бумаги. На другую сторону сам датчик Холла. После этого мы приклеили обе половинки к большому крокодилу на 30 ампер.

В итоге получились токовые клещи, или более универсальный вариант датчика тока, который можно снять и присоединить к любому проводу без его разреза. Такие разделяемые датчики тока стоят около 1500 рублей, при заказе в Китае. Экономия получилась налицо.

Промышленное напряжение в сети переменного тока изменяется с частотой 50 герц. То есть, направление тока, текущего по проводнику, будет меняться 50 раз в секунду. Электромагнитное поле также вслед за током будет менять свое направление 50 раз в секунду.

Применение датчика

Широко применяются преобразователи Холла в современной бытовой технике. С их помощью происходит взвешивание белья в стиральных машинах. При запуске агрегата вещи сначала намокают, а потом начинает вращаться барабан. По его скорости вращения определяется общий вес и происходит программирование машины на расход порошка, воды и ополаскивателя.

В серийном производстве впервые датчики стали использоваться в компьютерных клавиатурах. Здесь происходит взаимодействие чувствительного элемента на плате и магнита на клавишах. Упругость осуществляется за счет полимерного материала, который обладает большим сроком службы.

Единственным элементом, который может сломаться в клавиатуре является контроллер. Электрики очень часто пользуются датчиком Холла, когда замеряют бесконтактными клещами силу тока в проводах. Измерительный прибор реагирует на изменение электромагнитного поля вокруг кабелей и проводов.

Благодаря индуктивности из медной проволоки, находящейся в клещах, создается возбуждение и образуется электромагнитная волна. Часть ее значения оценивается сенсором, который передает данные в контроллер. По заложенным в нем формулам производится расчет, и результат выводится на дисплей.

Применяются датчики в сотовых телефонах для слежения за зарядом аккумулятора и его расходом. Но очень важным такой момент считается в эксплуатации электромобилей, так как наличие энергии в них занимает особое место. Используются преобразователи Холла в электронных компасах и в качестве стабилизатора изображений в мобильных камерах.

Но особенно широко эти приборы применяются в автомобильной промышленности. В автомобилях с их помощью происходит определение частоты вращения коленвала двигателя, положение дроссельной заслонки, скорости движения автомобиля и так далее. Применяется датчик в электронной системе зажигания. Находится он в трамблере и заменяет контакты для образования искры.

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:

Supply Voltage – напряжение питания датчика

Voltage Regulator – регулятор напряжения

Hall Sensor – собственно сама пластинка Холла

Output transisitor Switch – выходной переключающий транзистор (транзисторный ключ)

О датчиках Холла.

Среди многообразия магнитных датчиков, датчик, который использует эффект Холла, называется датчиком Холла.

Датчик Холла сконструирован из нескольких частей.

Во-первых, он содержит элемент Холла (Hall Element ) , который выдает начальное напряжение Холла, создаваемое эффектом Холла.

Во-вторых, он содержит
— или цифровую микросхему Холла ( Hall IC) , которая выдает цифровые уровни HIGH/LOW («1″/»0») в результате работы микросхемы;
— или линейную микросхему Холла ( Linear Hall IC ) , которая усиливает и линеаризирует выходное напряжение датчика Холла.

Элемент Холла (Hall Element ).

Основные черты.

Так как это просто кусочек полупроводника с присоединенными выводами, элемент Холла может быть использован как для цифрового, так и для аналогового применения, в зависимости от конструкторского дизайна на следующей стадии. Выходное напряжение современных элементов Холла составляет от нескольких десятков до нескольких сотен милливольт .

Выходные характеристики.

Выходное напряжение пропорционально величине магнитного поля, вертикально направленного к элементу, и может быть как положительное, так и отрицательное, в зависимости от направления магнитного поля. Выходное напряжение в отсутствии вертикального магнитного поля равняется нулю (в реальности, всегда существует небольшое напряжение смещения, которое убирается при калибровке).

Выходная характеристика элемента Холла

Как использовать.

В общем случае, элемент Холла имеет 4 вывода: 2 входных вывода для «возбуждения» элемента и 2 выходных дифференциальных вывода. Может использоваться управление как постоянным током, так и постоянным напряжением, в пределах, не приводящих к выводу элемента из строя.

Принципиальная схема работы

Применение.

Элементы Холла используются в бесщеточных электродвигателях постоянного тока и объективах для смартфонов и цифровых фотоаппаратов.
Кроме того, элемент Холла является важнейшей частью измерительной магнитной системы (тесламетра).

Ц ифровая микросхема Холла ( Hall IC) .

Основные черты.

Цифровая микросхема Холла сравнивает выход элемента Холла с определенной пороговой величиной и выдает HIGH/LOW уровни. Так как выходное напряжение ограничено источником питания, для последующей обработки легко подсоединить микроконтроллер. Существуют микросхемы типа «переключатель», которые переключаются по силе магнитного поля, или микросхемы типа «защелка», которые могут определять полярность магнитного поля.

Выходные характеристики.

Выходное напряжение определяется как HIGH/LOW в соответствии с величиной магнитного поля, вертикально направленному к датчику. Существует три вида датчиков: обнаружение «Южного» полюса, «Северного» полюса или биполярный.

Когда величина магнитного поля превышает Bop , выходное напряжение становится низким, а когда оно опускается ниже Brp , выходное напряжение становится высоким. убирается при калибровке).

Выходные характеристики цифровой микросхемы Холла при обнаружении Южного полюса

Как использовать.

Цифровая микросхема Холла имеет два входа ( VCC и GND ) и один выход. Присоединение радиоэлементов к элементу Холла в соответствии с рисунком реализует цифровую микросхему. Микросхема управляется постоянным напряжением.

Принципиальная схема работы

Применение.

Цифровые микросхемы Холла типа переключателя используются в выключателях открытого/закрытого типа в бытовой электронике, а цифровые микросхемы Холла типа защелки используются в бесщеточных двигателях или для обнаружения вращения.

Линейная микросхема Холла ( Linear Hall IC) .

Основные черты.

Линейная микросхема Холла применяет усиление к выходу элемента Холла, дающее, в результате, линейный выход. Так как выходное напряжение ограничено источником питания, для последующей обработки легко подсоединить микроконтроллер.

Выходные характеристики.

Выходное напряжение пропорционально величине магнитного поля, вертикально направленному к датчику. Напряжение изменяется в диапазоне от 0 В до VCC согласно направлению магнитного поля.

Выходное напряжение в отсутствии магнитного поля равно VCC /2 (с точностью до напряжения смещения).

Выходные характеристики линейной микросхемы Холла

Как использовать.

Линейная микросхема Холла имеет два входа ( VCC и GND ) и один выход. Присоединение радиоэлементов к элементу Холла в соответствии с рисунком реализует линейную микросхему. Микросхема управляется постоянным напряжением.

Принципиальная схема работы

Применение.

Линейные микросхемы Холла используются в датчиках уровня жидкости, токовых датчиках и датчиках определения угла.

Дата последнего изменения: 15.04.2021

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!