Датчик холла это: принцип работы и применение на практике

Датчик Холла – что это такое, как работает, признаки поломки и способ замены

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. 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

В статье узнаете что такое датчики Холла, принцип работы, его типы, применение в промышленности, преимущества и недостатки. Датчики Холла широко используются в различных областях. В этом посте мы расскажем о том, как они работают, их типах, приложениях, преимуществах и недостатках.

Что такое датчик Холла

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

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

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

Эти датчики Холла пользуются большим спросом и имеют очень широкое применение, например, датчики приближения, переключатели, датчики скорости вращения колес, датчики положения и т. Д. Купить датчик вы можете в популярном китайском интернет магазине Алиэкспресс. Брали оттуда, все рабочие, советуем.

Принцип работы датчика Холла

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

Как работает датчик Холла

Работа датчика Холла описана ниже:

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

Датчик Холла — это… Что такое Датчик Холла?

Эффе́кт Хо́лла — явление возникновения поперечной разности потенциалов (называемой также Холловским напряжением) при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле. Открыт Э. Холлом в 1879 году в тонких пластинках золота.

Свойства

В простейшем рассмотрении эффект Холла выглядит следующим образом. Пусть через металлический брус в слабом магнитном поле B течет электрический ток под действием напряженности E. Магнитное поле будет отклонять носители заряда (для определенности электроны) от их движения вдоль или против электрического поля к одной из граней бруса. При этом критерием малости будет служить условие, что при этом электрон не начнет двигаться по спирали.

Таким образом, сила Лоренца приведет к накоплению отрицательного заряда возле одной грани бруска и положительного возле противоположной. Накопление заряда будет продолжаться до тех пор, пока возникшее электрическое поле зарядов E₁ не скомпенсирует магнитную составляющую силы Лоренца: Скорость электронов v можно выразить через плотность тока: , где n — концентрация носителей заряда. Тогда .

Коэффициент пропорциональности между E₁ и jB называется коэффициентом (константой) Холла. В таком приближении знак постоянной Холла зависит от знака носителей заряда, что позволяет определять их тип для большого числа металлов. Для некоторых металлов (в сильных полях), таких как алюминий, цинк, железо, кобальт, наблюдается положительный знак R_H, что объясняется в полуклассической и квантовой теориях твердого тела.

Аномальный эффект Холла

Случай появления напряжения (электрического поля) в образце перпендикулярного направлению пропускаемого через образец тока, наблюдающегося в отсутствие приложенного постоянного магнитного поля, то есть явление полностью аналогичное эффекту Холла, но наблюдающееся без внешнего постоянного магнитного поля — называется Аномальный эффект Холла.

Необходимым условием для наблюдения аномального эффекта Холла является нарушение инвариантности по отношению к обращению времени в системе. Например, аномальный эффект Холла может наблюдаться в образцах с намагниченностью.

Датчики на основе эффекта Холла получили очень большое распространение в вентильных двигателях (сервомоторах). Они закрепляются непосредственно на статоре двигателя и выступают в роли ДПР (датчика положения ротора). ДПР реализует обратную связь по положению ротора, выполняет ту же функцию, что и коллектор в ДПТ.

Квантовый эффект Холла

В сильных магнитных полях в плоском проводнике (то есть в квази-двумерном электронном газе) в системе начинают сказываться квантовые эффекты, что приводит к квантовому эффекту Холла: квантованию холловского сопротивления. В ещё более сильных магнитных полях проявляется дробный квантовый эффект Холла, который связан с кардинальной перестройкой внутренней структуры двумерной электронной жидкости.

Магнитосопротивление

Холл проводил опыты в надежде обнаружить возрастание сопротивления проводника в магнитном поле, но в слабых полях не зарегистрировал его. Также оно не следует из теории металлов Друде, расчеты по которой приводились выше. Однако при более строгих расчетах и в сильных полях магнитосопротивление проявляется достаточно хорошо.

Применение

Датчик Холла, используемый для измерения силы тока в проводнике.

Эффект Холла, в некоторых случаях, позволяет определить тип носителей заряда (электронный или дырочный) в металле или полупроводнике, что делает его незаменимым методом исследования свойств полупроводников.

На основе эффекта Холла работают датчики Холла: приборы, измеряющие напряжённость магнитного поля.

См. также

Ссылки

• Эффект Холла — описание на Effects.ru.
• Абрикосов А.А. Основы теории металлов. М., «Наука», главная редакция физико-математической литературы. — 1987.
• Н. Ашкрофт, Н. Мермин. Физика твердого тела.

Wikimedia Foundation.
2010.

Датчик Холла в телефоне – что это такое и как его определить

В настоящее время смартфоны и прочая электронная техника оборудованы таким огромным количеством разнообразнейших сенсоров и считывателей, что о большинстве из них многие пользователи не только ничего не знают, но и даже никогда не слышали. Один из таких – датчик Холла. Что это и зачем нужен в смартфонах?

Что такое датчик Холла

В 1879 году Эдвином Холлом был открыт эффект, позднее получивший его имя. Суть его заключается в том, что напряжение проводника с током, помещенного в магнитное поле, меняется, причем кратно силе этого поля. Данный эффект используется в одноименном контроллере.

Таким образом, датчик Холла – прибор, позволяющий выявить наличие и характеристики магнитного поля рядом с устройством, на которое он установлен. Обычно представляет собой небольшую микросхему, которая при наличии поля подает сигнал на контроллер, а при его отсутствии – не действует.

Применение в смартфонах

Несмотря на сложное и не понятное для многих название, есть множество ответов на вопрос для чего нужен датчик Холла в смартфоне. В этом ему помогает его расположение – непосредственно за экраном на передней части смартфона. Это позволяет использовать его для бесконтактного управления устройством при помощи различных жестов и других предустановленных возможностей.

От программного обеспечения, установленного на телефоне, зависит работа сенсора – более дешевые модели не могут распознавать жесты, в то время как флагманские, наоборот, поддерживают довольно большое их количество. В основном, чем больше дисплей и размеры аппарата, тем больше возможностей для сенсора будет реализовано, так как он занимает довольно много места.

Кроме того, датчик Холла обладает и другими полезными функциями:

• Карманный электронный компас – анализ магнитных полей помогает определять направление на север при помощи смартфона, а также азимут и направление угла наклона смартфона;
• Функционирование и взаимодействие с аксессуарами – чехлы-книжки могут сами блокировать телефон, в этом случае в них вшит небольшой магнит прямо над датчиком;
• Автоматический поворот экрана – контроллер датчика определяет изменения смартфона в пространстве, поэтому именно это устройство отвечает за ориентацию дисплея.

Виды датчиков

Существует несколько разновидностей датчиков Холла, каждый из которых отличается особенностями работы и реакций на полюса магнитов:

• Униполярные. Данный тип встраивается в небольшие процессоры, смартфоны и планшетные компьютеры, сенсор реагирует только на один полюс магнита и выдает сигнал при поднесении его к устройству;
• Биполярные. Используются в авиа- и ракетостроении, реагируют на оба магнитных полюса за тем лишь исключением, что для того, чтобы отключить датчик, необходимо поднести к нему противоположный полюс магнита;
• Омниполярные. Данный тип походит на униполярные сенсоры, но сам контроллер при этом засчитывает сигнал как северного, так и южного магнитных полюсов, поэтому считается более чувствительным, хоть и занимает больше места.

Как определить наличие датчика в смартфоне

Для того, чтобы определить, предустановлен ли датчик Холла в конкретной модели, можно воспользоваться несколькими путями:

1. Посетить интернет-сайт фирмы производителя, найти и скачать инструкцию к смартфону (или найти ее в коробке от него) и посмотреть список характеристик. Обычно компании пишут полный список сенсоров и контроллеров, входящих в комплектацию аппарата.
2. Посмотреть отзывы на товар и обзоры на видеохостингах как YouTube. Лучше искать видео, где тестируют аксессуары для телефонов. Если демонстрируется чехол, причем при его закрытии экран гаснет, то можно быть уверенным в том, что датчик установлен.
3. Поднести к верхней части экрана магнит и убрать его. Если нет реакции смартфона – контроллер не был включен в состав комплектации.

Таким образом, датчик Холла – универсальное и полезное устройство, которое применяется повсеместно для контроля за наличием и свойствами магнитного поля. Он позволяет расширить функционал смартфона.

Больше о том, что такое датчик Холла и зачем он нужен в смартфоне можно узнать на видео ниже:

Как проверить датчики Холла в мотор-колесе?

Датчики Холла – это маленькие электронные устройства, реагирующие на магнитное поле. Именно по ним синхронный двигатель узнает, в каком положении в данный момент времени пребывает ротор, и подает напряжение на определенные фазы. Вот зачем нужны датчики Холла в мотор-колесе – они отвечают за правильное чередование фаз и обеспечивают вращение мотора. Эффект Холла используется при создании датчиков положения, устанавливаемых в редукторных и прямоприводных мотор-колесах электровелосипедов и других видов транспорта.

Кроме мотор-колес, такие элементы (но только другого типа) устанавливаются в ручках газа. Они создают управляющий сигнал для контроллера. Принцип их работы заключается в создании в проводнике с током, находящемся в магнитном поле, поперечной разности потенциалов. Внешне такие датчики представляют собой компактные устройства с 3 выводами – аналоговым или цифровым и 2 выводами питания. От индуктивных датчиков они выгодно отличаются пропорциональностью выходного сигнала магнитному полю, а не скорости его изменения.

Причины и диагностика поломки датчиков положения

Причиной поломки датчиков Холла могут стать:

• значительный перегрев электромотора – выше 150–180 °С;
• механические повреждения;
• скачки напряжения;
• попадание воды внутрь корпуса электродвигателя или ручки газа.

Явным признаком поломки датчиков Холла считается подергивание МК при старте во время поворота ручки газа. Для диагностики такой неисправности достаточно вольтметра. Также для проверки работоспособности мотор-колеса, контроллера или ручки газа удобно воспользоваться диагностирующим тестером. Он позволяет продиагностировать датчики положения и обмотки, выявить имеющиеся дефекты, проверить фазовый угол и корректность переключения фаз.

Мониторинг работы ручки газа

На ручку газа от контроллера идет 3 провода:

1. «ноль» – черный;
2. питание 5 В – красный;
3. управляющий сигнал, подающийся с ручки газа на контроллер (напряжение меняется в диапазоне 0–4,2 В, в зависимости от угла поворота ручки) – зеленый.

Для проверки работоспособности датчиков Холла в ручке акселератора необходимо измерить вольтметром напряжение на красном проводе. К нему нужно подключить «+» клемму прибора, а к черному проводу – минусовую. Если в исследуемой цепи нет напряжения 5 В, причина неполадок кроется не в ручке газа. Возможно, неисправен контроллер, или на него не поступает питание, или произошел обрыв проводки, идущей от контроллера к ручке акселератора.

Если же вольтметр показывает подачу напряжения на ручку акселератора, но при ее плавном повороте напряжение на зеленом проводе отсутствует, причина неполадок кроется в неисправности, как минимум, одного из датчиков Холла или подходящих к нему проводов. Неисправные элементы подлежат замене.

Проверка датчиков Холла в мотор-колесе

Перед ремонтом мотор-колеса нужно при помощи тестера или вольтметра проверить состояние датчиков Холла. Алгоритм действий таков: подключить тестер или подать напряжение +5 В и, вращая ось мотора, понаблюдать за изменением напряжения на сигнальной ноге. Проще поддаются ремонту моторы с винтами в боковой крышке. Если же крышка имеет резьбу, открутить ее сложнее – понадобятся специальные съемники.

Если при разборке мотора окажется, что обмотки потемнели (сгорели), восстановлению он не подлежит. Если же с обмотками все в порядке, обратите внимание на провода, идущие через ось к 3 миниатюрным датчикам. Обычно они посажены на силиконовый клей в нише, совпадающей по форме с геометрий корпуса датчика.

Замена датчиков Холла

Суть ремонта сводится к замене неисправных датчиков и восстановлению провода (при необходимости). Неисправные датчики нужно заменить – извлечь из паза в статоре, удалить остатки электронного устройства и следы клея, зачистить место монтажа и установить новые элементы. Контакты нужно припаять и изолировать. Для фиксации новых датчиков можно воспользоваться эпоксидной смолой или подходящим клеем. После ремонтных работ остается проверить исправность МК.

На видео наглядно демонстрируется, как работает мотор-колесо с неисправным датчиком Холла, поясняется, как выявить нерабочий датчик и правильно заменить его.

В предыдущей статье блога VoltBikes освещены принципы сборки электроквадроцикла своими руками.

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.

Что такое датчик эффекта Холла? — Принцип действия датчика Холла, типы обнаружения

Определение: Датчик эффекта Холла — это твердотельное устройство , которое переключается в активное состояние, когда его вводят в магнитное поле . Выходное напряжение датчика Холла зависит от магнитного поля вокруг него. При изменении магнитного поля на полупроводниковой пластине плотность магнитного потока также изменяется, из-за чего изменяется выходное напряжение датчика Холла.

Принцип действия датчика Холла

Датчик Холла работает по принципу эффекта Холла. Согласно эффекту Холла, когда полупроводниковая пластина помещается в магнитное поле, при условии, что силовые линии магнитного поля перпендикулярны оси полупроводникового образца и ток может проходить вдоль оси полупроводникового образца, то на носители заряда полупроводникового устройства действует магнитная сила.

Из-за этой магнитной силы они сдвигаются в сторону i.е по направлению к краям плиты. Вследствие этого создается электрическое поле из-за скопления носителей заряда по краям. Таким образом, выходное напряжение зависит от изменения магнитного поля. Эффект Холла основан на принципе Лоренца.

Датчики

на эффекте Холла используют это явление эффекта Холла для измерения фундаментальных величин, таких как положение, скорость, полярность и т. Д. Два ключевых термина, связанных с магнитным полем, — это плотность магнитного потока и полярность (Северный полюс и Южный полюс).Датчики на эффекте Холла используют эти термины для определения чувствительности.

Выходное напряжение, создаваемое датчиком, напрямую зависит от плотности магнитного потока. Таким образом, если магнитное поле на датчике изменяется, выходной сигнал эффекта Холла также изменяется. Таким образом, он обеспечивает операцию считывания.

Датчик эффекта Холла и магнитный датчик

Вы, должно быть, думаете, что магнитный датчик тоже делает то же самое. Итак, можем ли мы связать датчик Холла с магнитным датчиком? Да, датчик Холла — это только тип магнитного датчика.Магнитные датчики также определяют положение и скорость с помощью изменения плотности магнитного потока.

Принципиальная схема переключателя на эффекте Холла с датчиком на эффекте Холла

Выходное напряжение датчика Холла очень мало. Даже при большой величине магнитного поля создаваемое выходное напряжение остается низким. Таким образом, усилители постоянного тока используются для усиления выходного напряжения. Кроме того, для получения регулируемого напряжения используются также регуляторы и схемы переключения.

Датчик Холла может обеспечивать как линейный, так и нелинейный выход i.е. Цифровой выход. Напряжение Холла изменяется линейно с напряженностью магнитного поля H в случае линейного выхода.

Изменение выходного напряжения в зависимости от плотности магнитного потока показано на диаграмме ниже.

Датчик Холла с линейным и цифровым выходом

Выше мы обсуждали, что линейные аналоговые датчики генерируют выходное напряжение, которое изменяется с изменением плотности магнитного потока приложенного магнитного поля.По истечении определенного времени значение выходного напряжения становится постоянным со значением плотности магнитного потока. Таким образом, достигается стадия насыщения.

На этой стадии насыщения выходное напряжение не будет увеличиваться с увеличением плотности магнитного потока. Он становится насыщенным. Выходное напряжение будет низким, если напряженность магнитного поля низкая, и выходное напряжение будет высоким, если напряженность магнитного поля высокая.

В случае Цифровой выход датчика Холла выход будет состоять только из двух ступеней i.е. Включить и выключить. В датчиках Холла с цифровым выходом триггер Шмита используется в координации с OP-AMP (т. Е. Операционным усилителем), который формирует встроенный гистерезис. Как следствие, нет колебаний выходного напряжения.

Датчики Холла с цифровым выходом

бывают двух типов: биполярные , и униполярные . Bipolar использует магнитное поле положительной полярности, то есть южный полюс, для активации датчика и отрицательный полюс, то есть северный полюс, для деактивации датчика.Напротив, однополярный цифровой выходной датчик на эффекте Холла использует только положительный полюс, то есть южный полюс, для активации, а также для деактивации датчика Холла.

Типы обнаружения датчиком Холла

1. Конфигурация обнаружения в лоб: При обнаружении в лоб магнит движется вперед по направлению к лицевой стороне датчика Холла. Магнитное поле перпендикулярно активной области элемента Холла. Эта конфигурация датчиков Холла генерирует выходное напряжение в соответствии с силой магнитного поля.

Он позволяет нам определять напряженность магнитного поля и плотность магнитного потока на определенном расстоянии от датчика Холла.

2. Конфигурация бокового обнаружения: При боковом обнаружении датчика Холла он перемещается в сторону и удерживается около активной области датчика Холла .
3. Обнаружение положения: Конфигурация обнаружения положения на эффекте Холла показана на диаграммах ниже.Здесь используется светодиод, мы также можем использовать транзистор, если выходной сигнал, генерируемый датчиком эффекта Холла, должен использоваться для процесса переключения более высокой нагрузки.

Применение датчика Холла

Датчики на эффекте Холла используются для определения положения, поэтому они часто используются как датчики приближения . Их также можно использовать в приложении, в котором мы используем оптические и световые датчики. Датчики на эффекте Холла лучше использовать, потому что оптические датчики и света могут быть подвержены влиянию условий окружающей среды, в то время как датчики эффекта Холла также могут эффективно работать в пыли, воздухе или других внешних факторах окружающей среды.

.

Что такое эффект Холла и как работают датчики на эффекте Холла

В этом руководстве мы узнаем, что такое эффект Холла и как работают датчики на эффекте Холла. Вы можете посмотреть следующее видео или прочитать письменное руководство ниже.

Обзор

Эффект Холла является наиболее распространенным методом измерения магнитного поля, а датчики на эффекте Холла очень популярны и находят множество современных применений. Например, они используются в автомобилях в качестве датчиков скорости вращения колес, а также датчиков положения коленчатого или распределительного вала.Также они часто используются как переключатели, МЭМС-компасы, датчики приближения и так далее. Теперь мы рассмотрим некоторые из этих датчиков и посмотрим, как они работают, но сначала давайте объясним, что такое эффект Холла.

Что такое эффект Холла?

Вот эксперимент, который объясняет эффект Холла: если у нас есть тонкая проводящая пластина, как показано на рисунке, и мы настроим ток, протекающий через нее, носители заряда будут течь по прямой линии от одной стороны пластины к другой.

Теперь, если мы поднесем некоторое магнитное поле к пластине, мы нарушим прямой поток носителей заряда из-за силы, называемой Сила Лоренца (Википедия).В таком случае электроны будут отклоняться на одну сторону пластины, а положительные отверстия — на другую сторону пластины. Это означает, что если мы теперь поместим измеритель между двумя другими сторонами, мы получим некоторое напряжение, которое можно измерить.

Таким образом, эффект получения измеримого напряжения, как мы объясняли выше, называется эффектом Холла в честь Эдвина Холла, который открыл его в 1879 году.

Датчики эффекта Холла

Основной элемент Холла магнитных датчиков на эффекте Холла в основном обеспечивает очень небольшое напряжение, всего несколько микровольт на гаусс, поэтому эти устройства обычно производятся со встроенными усилителями с высоким коэффициентом усиления.

Существует два типа датчиков Холла: один обеспечивает аналоговый, а другой цифровой выход. Аналоговый датчик состоит из регулятора напряжения, элемента Холла и усилителя. Из принципиальной схемы видно, что выходной сигнал датчика является аналоговым и пропорционален выходному сигналу элемента Холла или напряженности магнитного поля. Датчики этого типа подходят и используются для измерения приближения из-за их непрерывного линейного выхода.

С другой стороны, цифровые выходные датчики обеспечивают только два состояния выхода: «ВКЛ» или «ВЫКЛ».Датчики этого типа имеют дополнительный элемент, как показано на принципиальных схемах. Это триггер Шмитта, который обеспечивает гистерезис или два разных пороговых уровня, поэтому выходной сигнал может быть высоким или низким. Для получения более подробной информации о том, как работает триггер Шмитта, вы можете проверить это в моем конкретном руководстве. Примером датчика этого типа является переключатель на эффекте Холла. Они часто используются в качестве концевых выключателей, например, в 3D-принтерах и станках с ЧПУ, а также для обнаружения и позиционирования в системах промышленной автоматизации.

Другим современным применением датчиков Холла является измерение скорости вращения колеса / ротора или числа оборотов в минуту, а также определение положения коленчатого или распределительного вала в системах двигателя. Эти датчики состоят из элемента Холла и постоянного магнита, которые расположены рядом с зубчатым диском, прикрепленным к вращающемуся валу.

Зазор между датчиком и зубьями диска очень мал, поэтому каждый раз, когда зуб проходит рядом с датчиком, он изменяет окружающее магнитное поле, в результате чего выходной сигнал датчика становится высоким или низким.Таким образом, выходной сигнал датчика представляет собой прямоугольный сигнал, который можно легко использовать для расчета числа оборотов вращающегося вала.

.

Как работают датчики на эффекте Холла

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 бы не поняли.

Но есть простой способ измерить магнетизм с помощью прибора.
называется датчиком или зондом на эффекте Холла, который использует хитроумную
наука, открытая в 1879 году американским физиком
Эдвин Х. Холл
(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 счастлив
найти датчики, названные в его честь, используются во всех
виды интересных способов.Рассмотрим подробнее!

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

Что такое эффект Холла?

Работая вместе, электричество и магнетизм могут заставить вещи двигаться:
электродвигатели, громкоговорители и
наушники — это лишь некоторые из незаменимых
современные гаджеты, которые так работают. Отправить колеблющийся электрический
ток через катушку с медным проводом и (хотя вы не видите этого
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 отводиться на одну сторону 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 создавать 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 других
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 голубыми пятнами) движутся через него практически по прямой линии.
2. Поместите материал в магнитное поле, и электроны внутри него тоже будут в поле. На них действует сила (сила Лоренца) и заставляет отклоняться от их прямолинейного пути.
3. Теперь, если посмотреть 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 узнать, 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. За
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,
герконы 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.

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 (используемый в таких устройствах, как жесткие и гибкие диски), 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 герконам.

Революционное открытие Эдвина Холла прижилось за несколько десятилетий, но теперь оно
используется в самых разных местах — даже в электромагнитных ракетных двигателях.
Не будет преувеличением сказать, что новаторская работа Холла произвела на вас сильное 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 литых 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 гораздо 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 чип 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, Роланд Браун и др., Корпорация IBM, 29 октября 1974 г., любезно предоставлено Бюро по патентам и товарным знакам США.

.