Датчик Холла — принцип работы
В системах и устройствах каждого автомобиля есть масса приборов, которые несут только функцию информирования о том или ином процессе. На основе информации, которые эти устройства предоставляют, высшие по иерархии системы принимают решения о том или действии. Эти шпионы называются датчиками и собирают информацию о работе деталей и узлов, а после передают ее водителю. На современных автомобилях водитель избавлен от принятия большинства решений, поэтому всю работу делают за него электронные системы. Бесконтактная система зажигания и датчик Хoлла — яркий тому пример.
Содержание:
- Датчик Холла, что это такое
- Применение датчика в автомобиле
- Преимущества автомобильного датчика Холла
- Зажигание с датчиком Холла
- Подключение и проверка датчика Холла
Датчик Холла, что это такое
Все автомобильные датчики классифицируются по параметру, который они определяют.
Вкратце разберемся с этим эффектом, тогда станет понятнее, что представляет собой это устройство. Гальваномагнитное явление было открыто в 1879 году Эдвином Холлом, а суть этого открытия в том, что при установке проводника с постоянным потенциалом в магнитное поле, появляется разность потенциалов, то есть электрический импульс. На основе этого являения работает не только часть системы зажигания автомобиля, но и ионные ракетные двигатели, приборы, которые измеряют напряженность магнитного поля, и даже во многих мобильных устройствах в виде основы для работы электронного компаса.
Применение датчика в автомобиле
Холловское напряжение давно применяется в машиностроении и конструкции серводвигателей. Он идеально подходит для того, чтобы определять углы положения валов, а на машинах архаичной конструкции, датчик применялся для определения момента возникновения искры. Схема датчика проста и мы ее помещаем ниже.
Суть работы устройства в том, что когда подают ток на две клеммы участка полупроводникового материала (на чертеже — клеммы «а») и помещают его в магнитное поле, на двух других клеммах возникает импульсное напряжение, а оно может восприниматься устройством-приемником, как сигнал к определенным действиям.
Автомобильный датчик Холла принцип работы которого показан на схеме ниже, но буквально ее воспринимать было бы ошибкой. Дело в том, что современные датчики Холла представляют собой все элементы начерченного датчика в одном крошечном корпусе. Это стало возможным тогда, когда появились миниатюрные полупроводниковые приборы.
Преимущества автомобильного датчика Холла
Микроэлектроника позволила добиться от устройства очень маленьких размеров, при этом, сохранив полную функциональность. Основные преимущества устройства современного датчика Холла в следующем:
- компактность;
- возможность разместить в любой точке двигателя или любого другого механизма;
- стабильность работы, то есть при любых оборотах вала, датчик будет корректно реагировать на его вращение;
- стабильность не только в работе, но и стабильность характеристики сигнала.
Наряду с бесспорными достоинствами и функциональностью устройства, оно имеет некоторые проблемы:
- Помехи — главный враг любого электромагнитного устройства. А помех в электрической цепи автомобиля более, чем достаточно.
- Цена. Датчик, основанный на эффекте Холла дороже обычного магнитоэлектрического датчика.
- Работоспособность датчика Холла сильно зависит от электронной схемы.
- Микросхемы могут иметь нестабильные характеристики, что может повлиять на корректность показаний.
Зажигание с датчиком Холла
Теперь попробуем применить датчик на практике, а, точнее, интегрировать его в систему зажигания. А установим мы его в прямо в трамблер для того, чтобы руководить процессом искрообразования в бесконтактной системе. Схема установки датчика Холла показана на рисунке. Он установлен возле вала прерывателя-распределителя, на котором установлена магнитопроводящая пластина. Пластина-ротор имеет столько вращающихся сердечников, сколько цилиндров у двигателя.
Поэтому при прохождении пластины ротора возле датчика с поданным на него напряжением, возникает эффект Холла, с выводов датчика снимается импульс и подается на коммутатор, а оттуда на катушку зажигания. Она преобразует слабый импульс в высоковольтный и передает его по высоковольтному проводу на свечу зажигания.
Подключение и проверка датчика Холла
Подключить любой датчик Холла довольно просто, поскольку он имеет всего три вывода, один из которых минусовой и идет на массу, второй — питание, третий — сигнальный, с него и поступает импульс на коммутатор. Проверить, работает ли датчик довольно просто. Если автомобиль подает признаки неисправности системы зажигания, которые выражаются в плохом пуске или нестабильности работы, первое, что нужно проверить — именно этот датчик.
Для этого не нужно никаких сложных осциллографов, хотя по науке ДХ проверяют именно при помощи осциллографа. Для проверки работоспособности устройства, достаточно просто закоротить 3-й и 6-й вывод на колодке трамблёра. При включенном зажигании закороченные выводы приведут к образованию искры, что говорит о том, что датчик свое отжил.
Замена датчика — занятие на 10 минут, но чтобы не покупать новый, лучше проверить установленный, вполне возможно, что зажигание работает некорректно по другой причине. Таким образом, можно обнаружить поломку, сэкономить время и не покупать лишние детали. Следите за простейшими приборами, и неприятные сюрпризы будут обходить автомобиль стороной. Плотной всем искры и удачи в дороге!
Читайте также:
Датчик Холла принцип работы | КакУстроен.ру
Датчик Холла своим появлением обязан американскому учёному-физику Эдвину Холлу, который в 1879 году совершил важное открытие гальваномагнитного явления. Практическая ценность эффекта Холла такова, что датчик, изготовленный на его основе, применяется в самых разных приборах и поныне. Сложное на первый взгляд устройство датчика не является таковым, если детально в нём разобраться.
Датчик Холла: на самом деле – всё просто
Прибор основан на эффекте Холла, который заключается в следующем: если на любой полупроводник, вдоль которого протекает электрический ток, оказать воздействие пересекающим поперёк магнитным полем, то возникнет поле электрическое, называемое электродвижущей силой (ЭДС) Холла. При этом показатель напряжения изменится на величину от 0,4 В до 3 В.
Таким образом, датчик Холла имеет не слишком сложный для понимания принцип работы. Для большей ясности стоит привести наглядный пример. Для создания эффекта Холла понадобятся тонкая пластинка-полупроводник, источник электрического тока, постоянный магнит, провода. Ток пропускается между двумя сторонами пластинки, параллельными друг другу. К двум другим сторонам крепятся провода. Одновременно с этим к полупроводнику подносится постоянный магнит. Это и есть генератор Холла.
Можно сделать его импульсным. Для этого достаточно разместить между пластинкой и магнитом движущийся экран с щелями в нём. Такая щелевая конструкция и принцип работы характерны для всех датчиков Холла.
От теории – к практике. Датчик холла: принцип работы и назначение современных генераторов
Практическое применение ЭДС Холла началось далеко не сразу после её открытия, так как полупроводники с нужными свойствами научились изготавливать промышленным способом лишь через несколько десятков лет.
Первые приборы получались довольно громоздкими и не очень эргономичными. Новую жизнь в судьбу датчика Холла привнесло развитие микроэлектроники, когда были придуманы микросхемы. Их стали активно использовать в генераторах Холла. Благодаря этому был налажен выпуск миниатюрных датчиков, которые могут быть линейными (датчики тока, вибрации, положения, расхода и т.п.) и логическими (датчики приближения, частоты вращения, импульсов и т.д.), цифровыми и аналоговыми.
С помощью датчика Холла стали успешно измерять ток, мощность, скорость, расстояние. Даже в CD-приводе любого персонального компьютера используется ЭДС Холла.
Несомненные преимущества датчика Холла – его дешевизна, неприхотливость, долговечность и бесконтактность. Надёжность прибора обусловлена тем, что в нём отсутствуют физически взаимодействующие (трущиеся друг о друга) детали.
Что такое датчик Холла?
Сфера применения датчиков Холла очень широка. Устройство используется в таких схемах, где требуется бесконтактное измерение силы тока. Что касается автомобилей, датчик Холла служит для измерения угла положения распределительного или коленчатого вала, а также нашел свое применение в системе зажигания, указывая на момент образования искры.
Содержание статьи
Как работает датчик Холла
Во время своих исследований в 1879 году физик Холл выявил такой эффект, что если в магнитном поле находится пластина, на которую подается напряжение (ток протекает через пластину), тогда электроны в указанной пластине начинают отклоняться. Такое отклонение происходит перпендикулярно по отношению к тому направлению, которое имеет магнитный поток.
Также направление этого отклонения происходит в зависимости от той полярности, которую имеет магнитное поле. Получается, электроны будут иметь разную плотность на разных сторонах пластины, создавая разные потенциалы. Обнаруженное явление получило название эффект Холла.
Другими словами, Холл поместил прямоугольную полупроводниковую пластину в магнитное поле и на узкие грани такого полупроводника подал ток. В результате на широких гранях появилось напряжение. Дальнейшее развитие технологий позволило создать на основе обнаруженного эффекта компактное устройство-датчик. Главным преимуществом датчиков подобного рода выступает то, что частота срабатывания устройства не смещает момент измерения. Выходной сигнал от такого устройства всегда устойчивый, без всплесков.
Простейший датчик состоит из:
- постоянного магнита;
- лопасти ротора;
- магнитопроводов;
- пластикового корпуса;
- электронной микросхемы;
- контактов;
Работа устройства построена на следующей схеме: через зазор осуществляется проход металлической лопасти ротора, что позволяет шунтировать магнитный поток. Результатом становится нулевой показатель индукции на микросхеме. Выходной сигнал по отношению к массе практически равняется показателю напряжения питания.
Датчик Холла в системе зажигания является аналоговым преобразователем, который непосредственно коммутирует питание.
Среди недостатков стоит выделить чувствительность устройства к электромагнитным помехам, которые могут возникнуть в цепи. Также наличие электронной схемы в устройстве датчика несколько снижает его надежность.
Рекомендуем также прочитать статью об устройстве топливного электробензонасоса, а также о механическом решении. Из этой статьи вы узнаете о назначении, конструктивных особенностях и принципах работы данных устройств.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.
Самостоятельная проверка устройства
Активное использование данного устройства в автомобилях означает, что при появлении определенных неисправностей или сбоев в работе ДВС может возникнуть острая необходимость проверить датчик Холла своими руками.
Перед началом работ по отсоединению разъема кабеля, который подключен к устройству, следует обязательно выключать зажигание!
Игнорирование данного правила может вывести датчик Холла из строя. Необходимо добавить, что проверка устройства при помощи контрольной лампы также недопустима.
- Одним из самых быстрых способов проверки является установка заведомо исправного подменного датчика на автомобиль. Если признаки неисправности после установки исчезают, тогда причина очевидна.
- Вторым способом, который подойдет для проверки датчика в системе зажигания, является проверка наличия искры в момент включения зажигания. Дополнительно потребуется осуществить подсоединение концов провода к нужным выходам на коммутаторе.
- Для максимально точной диагностики устройство лучше всего поверять при помощи осциллографа. Также в определенных условиях датчик проверяют при помощи мультиметра. Указанный мультиметр переводят в режим вольтметра, после чего подсоединяют к выходному контакту на датчике. Рабочий датчик Холла выдаст показания от 0.4 Вольт до 3-х. Если показания ниже минимального порога, тогда высока вероятность выхода датчика из строя.
Читайте также
Датчик Холла — что это? Описание, принцип действия
Полное технически грамотное название – датчик положения на эффекте Холла.
Принцип действия этого устройства прост: помещая любой проводник с постоянным током в электромагнитное поле, в нём образуется разность потенциалов поперечного типа. Напряжение, наблюдаемое в этом проводнике, назвали в честь изобретателя – холловское.
В двигателях внутреннего сгорания датчик Холла нашёл большое применение. В распределителях зажигания на карбюраторных автомобилях он подавал сигнал момента искрообразования. Затем, на более новых моделях двигателей, его начали ставить у распределительного и коленчатого валов, где он фиксировал угол положения.
Физическое явление образования на гранях пластины напряжения открыл физик Американского Балтиморского Университета Э. Холл в 1879 году. Он поместил полупроводниковую пластину в магнитное поле и к её узким граням подвёл ток. А на широких гранях появлялось напряжение (от десятков микровольт до многих сотен милливольт).
Широкое применение устройств, с использованием эффекта Холла, началось с 1955 года. Именно в это время начали массово производиться полупроводниковые плёнки.
В семидесятых годах прошлого века начала бурно развиваться микроэлектроника. Датчик приобрёл миниатюрную форму, в котором помещался чувствительный элемент, магнит и микросхема. У него появилось три преимущества: минимизация; не изменяется момент измерения при изменении оборотов двигателя; при повороте ключа в выключателе зажигания электрический сигнал имеет определённую и стабильную величину, а не всплескообразную. Это положительный нюанс при работе в электрической сети автомобиля.
Недостатки датчика
Но у датчика Холла есть недостатки. На нём сильно сказываются электромагнитные помехи цепи питания. Также он менее надёжен магнитоэлектрического датчика и дороже его в производстве.
Работает датчик очень просто. Металлическая пластина (у бегунка или штифты распределительного и коленчатого вала) проходит через зазор датчика, шунтируется магнитный поток. На микросхеме индуктивность нулевая. Выходя из датчика, сигнал имеет большую степень и равен запитывающему напряжению.
Техническое состояние датчика Холла никогда нельзя проверять контрольной лампой. Используйте осциллограф, если он снят с автомобиля, или мультиметр – непосредственно на двигателе. При проверке отсоедините колодку с проводами, соединяющую датчик с цепью. Ключ выключателя зажигания должен быть вынут.
- < Назад
- Вперёд >
Принцип действия датчика холла
Датчики Холла: принцип работы, как проверить своими руками, применение
Электромагнитное устройство, именуемое датчиком Холла (далее ДХ), применяется во многих приборах и механизмах. Но наибольшее применение ему нашлось в автомобилестроении. Практически во всех моделях отечественного автопрома (ВАЗ 2106, 2107, 2108 и т.д.) бесконтактная система зажигания для бензинового двигателя управляется этим датчиком. Соответственно, при его выходе из строя возникают серьезные проблемы с работой двигателя. Чтобы не ошибиться при диагностике, необходимо понимать принцип работы датчика, знать его конструкцию и методы тестирования.
Кратко о принципе работы
В основу принципа действия датчика зажигания положен эффект Холла, получивший свое название в честь американского физика, открывшего это явление в 1879 году. Подав постоянное напряжение на края прямоугольной пластины (А и В на рис. 1) и поместив ее в магнитное поле, Эдвин Холл обнаружил разность потенциалов на двух других краях (С и D).
Рис .1. Демонстрация эффекта ХоллаВ соответствии с законами электродинамики, сила Лоренца воздействует на носители заряда, что и приводит к разности потенциалов. Величина напряжения Uхолла довольно мала, в пределах от 10 мкВ до 100 мВ, она зависит как от силы тока, так и напряженности электромагнитного поля.
До середины прошлого века открытие не находило серьезного технического применения, пока не было налажено производство полупроводниковых элементов на основе кремния, сверхчистого германия, арсенида индия и т.д., обладающих необходимыми свойствами. Это открыло возможности для производства малогабаритных датчиков, позволяющих измерять как напряженность поля, так и силу тока, идущего по проводнику.
Типы и сфера применения
Несмотря на разнообразие элементов, применяющих эффект Холла, условно их можно разделить на два вида:
- Аналоговые, использующие принцип преобразования магнитной индукции в напряжение. То есть, полярность, и величина напряжения напрямую зависят от характеристик магнитного поля. На текущий момент этот тип приборов, в основном, применяется в измерительной технике (например, в качестве, датчиков тока, вибрации, угла поворота). Датчики тока, использующие эффект Холла, могут измерять как переменный, так и постоянный ток
- Цифровые. В отличие от предыдущего типа датчик имеет всего два устойчивых положения, сигнализирующих о наличии или отсутствии магнитного поля. То есть, срабатывание происходит в том случае, когда интенсивность магнитного поля достигла определенной величины. Именно этот тип устройств применяется в автомобильной технике в качестве датчика скорости, фазы, положения распределительного, а также коленчатого вала и т.д.
Следует отметить, что цифровой тип включает в себя следующие подвиды:
- униполярный – срабатывание происходит при определенной силе поля, и после ее снижения датчик переходит в изначальное состояние;
- биполярный – данный тип реагирует на полярность магнитного поля, то есть один полюс производит включение прибора, а противоположный – выключение.
Как правило, большинство датчиков представляет собой компонент с тремя выводами, на два из которых подается двух- или однополярное питание, а третий является сигнальным.
Пример использования аналогового элемента
Рассмотрим в качестве примера конструкцию датчика тока ы основе работы которого используется эффект Холла.
Упрощенная схема датчика тока на основе эффекта ХоллаОбозначения:
- А – проводник.
- В – незамкнутое магнитопроводное кольцо.
- С – аналоговый датчик Холла.
- D – усилитель сигнала.
Принцип работы такого устройства довольно прост: ток, проходящий по проводнику, создает электромагнитное поле, датчик измеряет его величину и полярность и выдает пропорциональное напряжение UДТ, которое поступает на усилитель и далее на индикатор.
Назначение ДХ в системе зажигания автомобиля
Разобравшись с принципом действия элемента Холла, рассмотрим, как используется данный датчик в системе бесконтактного зажигания линейки автомобилей ВАЗ. Для этого обратимся к рисунку 5.
Рис. 5. Принцип устройства СБЗОбозначения:
- А – датчик.
- B – магнит.
- С – пластина из магнитопроводящего материала (количество выступов соответствует числу цилиндров).
Алгоритм работы такой схемы выгладит следующим образом:
- При вращении вала прерывателя-распределителя (движущемуся синхронно коленвалу) один из выступов магнитопроводящей пластины занимает позицию между датчиком и магнитом.
- В результате этого действия изменяется напряженность магнитного поля, что вызывает срабатывание ДХ. Он посылает электрический импульс коммутатору, управляющему катушкой зажигания.
- В Катушке генерируется напряжение, необходимое для формирования искры.
Казалось бы, ничего сложного, но искра должна появиться именно в определенный момент. Если она сформируется раньше или позже, это вызовет сбой в работе двигателя, вплоть до его полной остановки.
Внешний вид датчика Холла для СБЗ ВАЗ 2110Проявление неисправности и возможные причины
Нарушения в работе ДХ можно обнаружить по следующим косвенным признакам:
- Происходит резкое увеличение потребления топлива. Это связано с тем, что впрыск топливно-воздушной смеси производится более одного раза за один цикл вращения коленвала.
- Проявление нестабильной работы двигателя. Автомобиль может начать «дергаться», происходит резкое замедление. В некоторых случаях не удается развить скорость более 50-60 км. ч. Двигатель «глохнет» в процессе работы.
- Иногда выход из строя датчика может привести к фиксации коробки передач, без возможности ее переключения (в некоторых моделях импортных авто). Для исправления ситуации требуется перезапуск мотора. При регулярных подобных случаях можно уверенно констатировать выход из строят ДП.
- Нередко поломка может проявиться в виде исчезновения искры зажигания, что, соответственно, повлечет за собой невозможность запуска мотора.
- В системе самодиагностики могут наблюдаться регулярные сбои, например, загореться индикатор проверки двигателя, когда он на холостом ходу, а при повышении оборотов лампочка гаснет.
Совсем не обязательно, что перечисленные факторы вызваны выходом из строя ДП. Высока вероятность того, неисправность вызвана другими причинами, а именно:
- попаданием мусора или других посторонних предметов на корпус ДП;
- произошел обрыв сигнального провода;
- в разъем ДП попала вода;
- сигнальный провод замкнулся с «массой» или бортовой сетью;
- порвалась экранирующая оболочка на всем жгуте или отдельных проводах;
- повреждение проводов, подающих питание к ДП;
- перепутана полярность напряжения, поступающего на датчик;
- проблемы с высоковольтной цепью системы зажигания;
- проблемы с блоком управления;
- неправильно выставлен зазор между ДП и магнитопроводящей пластиной;
- возможно, причина кроется в высокой амплитуде торцевого биения шестеренки распределительного вала.
Как проверить работоспособность датчика Холла?
Есть разные способы, позволяющие проверить исправность датчика СБЗ, кратко расскажем о них:
- Имитируем наличие ДХ. Это наиболее простой способ, позволяющий быстро провести проверку. Но его эффективности может идти речь только в том случае, если не формируется искра при наличии питания на основных узлах системы. Для тестирования следует выполнить следующие действия:
- отключаем от трамблера трехпроводной штекер;
- запускаем систему зажигания и одновременно с этим «коротим» проводом массу и сигнал с датчика (контакты 3 и 2, соответственно). При наличии искры на катушке зажигания, можно констатировать, что датчик СБЗ потерял работоспособность и ему необходима замена.
Обратим внимание, что для выявления искрообразования высоковольтный проводок должен находиться рядом с массой.
- Применение мультиметра для проверки. Это способ наиболее известный, и приводится в руководстве к автомобилю. Нужно подключить щупы прибора, как продемонстрировано на рисунке 7, и произвести замеры напряжения.
На исправном датчике напряжение будет колебаться в диапазоне от 0,4 до 11 вольт (не забудьте перевести мультиметр в режим измерения постоянного тока). Следует заметить, что проверка осциллографом будет намного эффективней. Подключается он таким же образом, как и мультиметр. Пример осциллограммы рабочего ДХ приведен ниже.
Осциллограмма исправного датчика Холла СБЗ- Установка заведомо рабочего ДХ. Если в наличии имеется еще один однотипный датчик, или имеется возможность взять его на время, то данный вариант тоже имеет место на существование, особенно если первые два сделать затруднительно.
Ест еще один вариант проверки, по принципу напоминающий второй способ. Он может быть полезен, если под рукой нет измерительных приборов. Для тестирования понадобиться резистор номиналом 1,0 кОм, светодиод, например, из фонарика зажигалки и несколько проводков. Из всего этого набора собираем прибор в соответствии с рисунком 9.
Рис. 9. Светоиндикаторный тестер для проверки ДХТестирование осуществляем по следующему алгоритму:
- Проверяем питание на датчике. Для этой цели подключаем (соблюдая полярность) наш тестер к клеммам 1 и 3 ДХ. Включаем зажигание, если с питанием все нормально, светодиод загорится, в противном случае потребуется проверять цепь питания (предварительно убедившись в правильном подключении светодиода).
- Проверяем сам датчик. Для этого провод с первой клеммы «перебрасываем» на вторую (сигнал с ДХ). После этого начинаем крутить распредвал (руками или стартером). Моргание светодиода засвидетельствует исправность ДХ. В противном случае, на всякий случай проверяем соблюдение полярности при подключении светодиода, и если оно выполнено правильно, – меняем датчик на новый.
Датчики Холла: принцип работы, типы, применение, преимущества и недостатки
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.
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.
Типы датчиков Холла
Датчики эффекта Холла можно разделить на два типа:
- На основании Вывода
- На основании операции
На основе результатов
На основе выходных данных датчики Холла можно разделить на два типа:
- Датчики Холла с аналоговым выходом
- Датчики Холла с цифровым выходом
Датчики Холла с аналоговым выходом
Датчики Холла с аналоговым выходом содержат регулятор напряжения, элемент Холла и усилитель. Как следует из названия, выход такого типа датчика является аналоговым по своей природе и пропорционален напряженности магнитного поля и выходу элемента Холла.
Эти датчики имеют непрерывный линейный выход. Благодаря этому свойству они подходят для использования в качестве датчиков приближения.
Датчики Холла с цифровым выходом
Датчики эффекта Холла с цифровым выходом имеют только два выхода: «ВКЛ» и «ВЫКЛ». Эти датчики имеют дополнительный элемент «триггер Шмитта» по сравнению с датчиками Холла с аналоговым выходом.
Именно триггер Шмитта вызывает эффект гистерезиса, и поэтому достигаются два различных пороговых уровня. Соответственно, выход всей цепи будет либо низким, либо высоким.
Переключатель эффекта Холла — один из таких датчиков. Эти датчики цифрового вывода широко используются в качестве концевых выключателей в станках с ЧПУ, трехмерных (3D) принтерах и позиционных блокировках в автоматизированных системах.
На основе операции
На основе операции датчики эффекта Холла можно разделить на два типа:
- Биполярный датчик Холла
- Униполярный датчик Холла
Биполярный датчик Холла
Как следует из названия, эти датчики требуют как положительных, так и отрицательных магнитных полей для своей работы. Положительное магнитное поле южного полюса магнита используется для активации датчика, а отрицательное магнитное поле северного полюса магнита используется для отпускания датчика.
Униполярный датчик Холла
Как следует из названия, эти датчики требуют только положительного магнитного поля южного полюса магнита, чтобы активировать, а также отпустить датчик.
Применение датчика Холла
Приложения датчиков Холла были представлены в двух категориях для простоты понимания.
- Применение аналоговых датчиков Холла
- Применение цифровых датчиков Холла
Применение аналоговых датчиков Холла
Аналоговые датчики с эффектом Холла используются для:
- Измерение постоянного тока в токоизмерительных клещах (также известных как Tong Testers).
- Определение скорости вращения колеса для антиблокировочной тормозной системы (ABS).
- Устройства управления двигателем для защиты и индикации.
- Чувствуя наличие питания.
- Зондирование движения.
- Чувствуя скорость потока.
- Датчик давления в мембранном манометре.
- Ощущение вибрации.
- Обнаружение черного металла в детекторах черного металла.
- Регулирование напряжения
Применение цифровых датчиков Холла
Цифровые датчики эффекта Холла используются для:
- Определяя угловое положение коленчатого вала для угла зажигания свечей зажигания.
- Чувство положения автомобильных сидений и ремней безопасности для контроля подушек безопасности.
- Беспроводная связь.
- Чувствительное давление
- Ощущение близости.
- Чувствительная скорость потока.
- Чувствительная позиция клапанов.
- Ощущение положения объектива.
Преимущества датчиков Холла
Датчики эффекта Холла имеют следующие преимущества:
- Они могут использоваться для нескольких функций датчика, таких как определение положения, определение скорости, а также для определения направления движения.
- Поскольку они являются твердотельными устройствами, они абсолютно не подвержены износу из-за отсутствия движущихся частей.
- Они почти не требуют обслуживания.
- Они крепкие.
- Они невосприимчивы к вибрации, пыли и воде.
Недостатки датчиков Холла
Датчики эффекта Холла имеют следующие недостатки:
- Они не способны измерять ток на расстоянии более 10 см. Единственное решение для преодоления этой проблемы заключается в использовании очень сильного магнита, который может генерировать широкое магнитное поле.
- Точность измеренного значения всегда является проблемой, поскольку внешние магнитные поля могут влиять на значения.
- Высокая температура влияет на сопротивление проводника. Это, в свою очередь, повлияет на подвижность носителя заряда и чувствительность датчиков Холла.
Как большие электрические нагрузки можно контролировать с помощью датчиков Холла
Мы уже знаем, что выходная мощность датчика Холла очень мала (от 10 до 20 мА). Поэтому он не может напрямую контролировать большие электрические нагрузки. Тем не менее, мы можем контролировать большие электрические нагрузки с помощью датчиков Холла, добавив NPN-транзистор с открытым коллектором (сток тока) к выходу.
Транзистор NPN (приемник тока) функционирует в насыщенном состоянии в качестве переключателя приемника. Он замыкает выходной контакт заземлением, когда плотность потока превышает предварительно установленное значение «ВКЛ».
Выходной переключающий транзистор может быть в разных конфигурациях, таких как транзистор с открытым эмиттером, транзистор с открытым коллектором или оба. Вот так он обеспечивает двухтактный выход, который позволяет ему потреблять достаточный ток для непосредственного управления большими нагрузками.
Как работает датчик Холла Видео
Датчик Холла — что это? Описание, принцип действия
Полное технически грамотное название – датчик положения на эффекте Холла.
Принцип действия этого устройства прост: помещая любой проводник с постоянным током в электромагнитное поле, в нём образуется разность потенциалов поперечного типа. Напряжение, наблюдаемое в этом проводнике, назвали в честь изобретателя – холловское.
В двигателях внутреннего сгорания датчик Холла нашёл большое применение. В распределителях зажигания на карбюраторных автомобилях он подавал сигнал момента искрообразования. Затем, на более новых моделях двигателей, его начали ставить у распределительного и коленчатого валов, где он фиксировал угол положения.
Физическое явление образования на гранях пластины напряжения открыл физик Американского Балтиморского Университета Э. Холл в 1879 году. Он поместил полупроводниковую пластину в магнитное поле и к её узким граням подвёл ток. А на широких гранях появлялось напряжение (от десятков микровольт до многих сотен милливольт).
Широкое применение устройств, с использованием эффекта Холла, началось с 1955 года. Именно в это время начали массово производиться полупроводниковые плёнки.
В семидесятых годах прошлого века начала бурно развиваться микроэлектроника. Датчик приобрёл миниатюрную форму, в котором помещался чувствительный элемент, магнит и микросхема. У него появилось три преимущества: минимизация; не изменяется момент измерения при изменении оборотов двигателя; при повороте ключа в выключателе зажигания электрический сигнал имеет определённую и стабильную величину, а не всплескообразную. Это положительный нюанс при работе в электрической сети автомобиля.
Недостатки датчика
Но у датчика Холла есть недостатки. На нём сильно сказываются электромагнитные помехи цепи питания. Также он менее надёжен магнитоэлектрического датчика и дороже его в производстве.
Работает датчик очень просто. Металлическая пластина (у бегунка или штифты распределительного и коленчатого вала) проходит через зазор датчика, шунтируется магнитный поток. На микросхеме индуктивность нулевая. Выходя из датчика, сигнал имеет большую степень и равен запитывающему напряжению.
Техническое состояние датчика Холла никогда нельзя проверять контрольной лампой. Используйте осциллограф, если он снят с автомобиля, или мультиметр – непосредственно на двигателе. При проверке отсоедините колодку с проводами, соединяющую датчик с цепью. Ключ выключателя зажигания должен быть вынут.
Датчик Холла: назначение и принцип работы
Датчик Холла (датчик положения) представляет собой датчик магнитного поля. Работа устройства основана на эффекте Холла. Данный эффект основан на следующем принципе: если поместить определенный проводник с постоянным током в магнитное поле, то в таком проводнике возникает поперечная разность потенциалов (напряжение Холла). Другими словами, устройство служит для измерения напряжённости магнитного поля. Сегодня датчик Холла может быть как аналоговым, так и цифровым.
Сфера применения датчиков Холла очень широка. Устройство используется в таких схемах, где требуется бесконтактное измерение силы тока. Что касается автомобилей, датчик Холла служит для измерения угла положения распределительного или коленчатого вала, а также нашел свое применение в системе зажигания, указывая на момент образования искры.
Как работает датчик Холла
Во время своих исследований в 1879 году физик Холл выявил такой эффект, что если в магнитном поле находится пластина, на которую подается напряжение (ток протекает через пластину), тогда электроны в указанной пластине начинают отклоняться. Такое отклонение происходит перпендикулярно по отношению к тому направлению, которое имеет магнитный поток.
Также направление этого отклонения происходит в зависимости от той полярности, которую имеет магнитное поле. Получается, электроны будут иметь разную плотность на разных сторонах пластины, создавая разные потенциалы. Обнаруженное явление получило название эффект Холла.
Другими словами, Холл поместил прямоугольную полупроводниковую пластину в магнитное поле и на узкие грани такого полупроводника подал ток. В результате на широких гранях появилось напряжение. Дальнейшее развитие технологий позволило создать на основе обнаруженного эффекта компактное устройство-датчик. Главным преимуществом датчиков подобного рода выступает то, что частота срабатывания устройства не смещает момент измерения. Выходной сигнал от такого устройства всегда устойчивый, без всплесков.
Простейший датчик состоит из:
- постоянного магнита;
- лопасти ротора;
- магнитопроводов;
- пластикового корпуса;
- электронной микросхемы;
- контактов;
Работа устройства построена на следующей схеме: через зазор осуществляется проход металлической лопасти ротора, что позволяет шунтировать магнитный поток. Результатом становится нулевой показатель индукции на микросхеме. Выходной сигнал по отношению к массе практически равняется показателю напряжения питания.
Датчик Холла в системе зажигания является аналоговым преобразователем, который непосредственно коммутирует питание.Среди недостатков стоит выделить чувствительность устройства к электромагнитным помехам, которые могут возникнуть в цепи. Также наличие электронной схемы в устройстве датчика несколько снижает его надежность.
Рекомендуем также прочитать статью об устройстве топливного электробензонасоса, а также о механическом решении. Из этой статьи вы узнаете о назначении, конструктивных особенностях и принципах работы данных устройств.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.
Самостоятельная проверка устройства
Активное использование данного устройства в автомобилях означает, что при появлении определенных неисправностей или сбоев в работе ДВС может возникнуть острая необходимость проверить датчик Холла своими руками.
Перед началом работ по отсоединению разъема кабеля, который подключен к устройству, следует обязательно выключать зажигание!Игнорирование данного правила может вывести датчик Холла из строя. Необходимо добавить, что проверка устройства при помощи контрольной лампы также недопустима.
- Одним из самых быстрых способов проверки является установка заведомо исправного подменного датчика на автомобиль. Если признаки неисправности после установки исчезают, тогда причина очевидна.
- Вторым способом, который подойдет для проверки датчика в системе зажигания, является проверка наличия искры в момент включения зажигания. Дополнительно потребуется осуществить подсоединение концов провода к нужным выходам на коммутаторе.
- Для максимально точной диагностики устройство лучше всего поверять при помощи осциллографа. Также в определенных условиях датчик проверяют при помощи мультиметра. Указанный мультиметр переводят в режим вольтметра, после чего подсоединяют к выходному контакту на датчике. Рабочий датчик Холла выдаст показания от 0.4 Вольт до 3-х. Если показания ниже минимального порога, тогда высока вероятность выхода датчика из строя.
Датчик Холла
Датчик дождя, датчик уровня жидкости, датчик температуры – он же термометр. Вроде бы все ясно: датчик дождя показывает наличие дождя, датчик уровня жидкости показывает, как ни странно, уровень жидкости; термометр – от греч. – тепло и измерять, показывает температуру. Но вот что за странное название: датчик Холла?
С чего все начиналось
Дело было еще в 19-ом веке. Американский физик Эдвин Холл обнаружил очень странную вещь… Он взял пластинку золота и стал пропускать через неё постоянный ток. На рисунке эту пластинку я отметил с гранями ABCD.
Так вот, когда он пропускал постоянный ток через грани D и B, поднес перпендикулярно пластинке постоянный магнит и знаете что обнаружил? Разность потенциалов на гранях А и C! Или проще сказать, напряжение. Этот эффект и назвали в честь этого ученого.
Как только он сделали это открытие, вскоре стали делать радиоэлементы на этом эффекте. Чтобы не заморачиваться с названием, назвали в честь того, кто открыл этот эффект – в честь Холла. Поэтому радиоэлементы, основанные на эффекте Холла, называют датчиками Холла.
Линейные датчики Холла
О чего же зависит напряжение на гранях А и С? В основном от магнитного поля, создаваемым либо постоянным магнитом, либо электромагнитом; толщиной пластинки, а также силой тока, протекающего через саму пластинку. Благодаря этим параметрам с помощью датчика Холла были построены приборы, позволяющие замерять силу тока в проводнике, не касаясь самого проводоа, например, токовые клещи
а также приборы, с помощью которых можно замерять напряженность магнитного поля. Датчики Холла, используемые в этих приборах называют линейными, так как напряжение на датчике Холла прямо пропорционально измеряемым параметрам магнитного поля.
Линейные датчики, как я уже сказал, могут быть использованы в токовых клещах. Они позволяют измерять силу тока, начиная от 250 мА и до нескольких тысяч Ампер. Самым большим преимуществом в таких токовых клещах является отсутствие механического контакта с измеряемой цепью. Иными словами, токовые измерители на эффекте Холла намного безопаснее, чем измерители на основе шунта и амперметра, особенно при большой силе тока в цепи, которую нередко можно встретить в промышленных установках.
Цифровые датчики Холла
Разработчики на этом не остановились. Как только наступила эра цифровой элек троники в один корпус вместе с датчиком Холла стали помещать различные логические элементы. Выглядит все это примерно вот так:
В результате промышленность стала выпускать датчики Холла для цифровой электроники. В основном такие датчики делятся на три вида:
Униполярные. Реагируют только на один магнитный полюс. На противоположный магнитный полюс не обращают никакого внимания. То есть подносим например южный полюс магнита, датчик сработал. На северный магнитный полюс ему наплевать.
Биполярные. Здесь уже интереснее. Подносим магнит одним полюсом – датчик сработал и продолжает работать даже тогда, когда мы убираем магнит от датчика. Для того, чтобы его выключить, нам надо подать на него другую полярность магнита.
Омниполярные. Этим датчикам по барабану на какой полюс включаться и выключаться. Пусть будет хоть южный или северный.
Датчик холла принцип работы и какова его роль в системе зажигания?
На блоге мы уже рассматривали различные системы зажигания, в частности, бесконтактных, у которых механический прерыватель в трамблёре заменён хитрым датчиком. О нём и поговорим, о датчике Холла, так его называют. Датчик Холла принцип работы его заключается в том, что он дает отсечку в нужной точке для поджига рабочей смеси в цилиндре, но давайте по порядку.
Датчик Холла принцип работы
Как мы видим, наш сегодняшний герой выполняет крайне ответственное задание в системе зажигания, но пока что он остаётся для нас тёмной лошадкой. Исправим данный недостаток. Итак, датчик холла что это и как работает?
Для начала немного истории. Своё название это устройство получило благодаря одному из сотрудников балтиморского университета Э. Холла, который в конце ХIХ века открыл эффект возникновения напряжения на краях полупроводниковой пластины при изменении магнитного поля, в котором она находится.
Другими словами, если специальную пластинку поместить в место, где будет периодически проскакивать магнит или что-либо, что может изменить имеющееся магнитное поле, к примеру, металлический предмет, то на её краях будут появляться импульсы напряжения, а они в свою очередь могут использоваться электроникой в качестве сигналов к действию.
Одно из ключевых преимуществ подобных датчиков – отсутствие каких-либо механически контактирующих элементов, а это значит, что нет износа и, как следствие, продолжительный срок безотказной работы узла.
Надо отметить, что эффект Холла стал массово использоваться в промышленности лишь во второй половине ХХ века, когда полупроводниковые материалы стали доступными.
Своё место датчики Холла нашли и в автомобилях, а если точнее – в двигателях, где их полезные свойства пригодились в системах зажигания.
Устанавливается такое устройство в корпус трамблёра. Внутри него, как мы уже знаем, имеется вал, именуемый в литературе валом прерывателя-распределителя.
В определённом месте на этом валу закреплена магнитопроводящая пластина, имеющая столько сердечников, сколько и цилиндров в силовом агрегате.
Вращаясь синхронно с распредвалом и коленвалом, она в момент прохождения одного из сердечников мимо датчика, возбуждает в нём импульс электрического напряжения, который затем поступает в коммутатор системы зажигания, где используется для управления работой катушки зажигания. Этот импульс является отправной точкой для генерации искры свечи.
Система зажигания сгенерирует искру именно в тот момент, когда необходимо поджечь топливно-воздушную смесь – ни на мгновение раньше, ни на мгновение позже, иначе мотор просто-напросто не сможет нормально работать. Такой вот нехитрый алгоритм.
Как проверить датчик Холла?
Как и любой другой электронный элемент, наш герой тоже может выходить из строя, и узнать об этом мы можем по плохой работе двигателя авто, а именно:
- мотор сложно завести или он вообще отказывается стартовать;
- на холостом ходу заметны перебои или просадки оборотов;
- при движении машина внезапно глохнет;
- на высоких оборотах авто начинает дёргать.
Конечно же, не факт, что эти симптомы связаны именно с датчиком Холла, но, тем не менее, проверить его нужно. Сделать это можно своими силами.
- Попросите у друзей или где-нибудь на время проверки, переставьте и убедитесь в том, является ли причиной ваших бед именно датчик Холла;
- Просто замерьте напряжение на выходе, оно должно быть в точке разрыва 0,4 В, а в точке прохода пластины — 11В.;
- Разобрать трамблер, провод высокого напряжения с надсвечником и свечей положите на корпус автомобиля с гарантией контакта на минус. Включите зажигание и замкните контакты 6 и 3 на панели коммутатора. Если искра на контактах свечи зажигания появится, то ваш датчик вышел из строя.
Но все-таки наиболее простой и примитивный способ – замена датчика на заведомо исправный. На видео ниже, видно как это просто.
Все-таки проверка требует квалифицированного подхода, если вы им не обладаете, не стоит экспериментировать. Надежно и с гарантией успеха лучше обратиться к специалистам и сделать все как положено.
Пожалуй, вот так кратко, датчик Холла принцип работы и его значение вам понятны. Надеюсь, вы почерпнули минимальные полезные знания из этой статьи.
На этом разрешите откланяться и напомнить, читайте свежие и интересные публикации, появляющиеся на блоге, поможет подписка. До скорых встреч!
Датчик Холла: устройство и принцип работы
Когда американский физик Эдвин Холл открывал свой эффект взаимодействия электрического тока с магнитным полем, у него и в мыслях не было, что чаще всего его фамилия станет употребляться на автомобильных рынках в России. Удивительно, но факт — самые разные люди, весьма далёкие от физики, понятия не имеющие кто такой Холл, знают, что такое датчик Холла в автомобиле, и даже одно время страдали от их дефицита.В чём проявляется эффект Холла, и как это можно использовать в технике
Магнитное поле широко используется в автомобильной технике, несмотря на свою невидимость и неосязаемость. Даже свет, состоящий из электрических и магнитных полей, воспринимается благодаря своей электрической составляющей. Тем не менее, с помощью специальных магниточувствительных датчиков поле можно зафиксировать и даже измерить.
В основу одного из таких датчиков лёг эффект Холла, заключающийся в появлении поперечной разницы потенциалов на кристалле полупроводника, вдоль которого течёт ток. Образуется она только при помещении кристалла в магнитное поле, всё прочее пластину легированного кремния не поляризует. Это напряжение и подлежит фиксации, означая, что датчик попал в зону действия магнитного поля.
Собственно, всего этого недостаточно для использования кристалла в качестве датчика. Магнитное поле присутствует везде, надо определить его превышение над естественным фоном и помехами. Для этого к пластине подключается усилитель слабого сигнала и регулируемый пороговый элемент (компаратор). Вся схема выдаёт на выходе логический «0» по электрическому уровню, если поле есть, и логическую единицу во всех прочих случаях. Такая негативная логика обычно принята в цифровой технике. А чтобы в момент смены сигнала не наблюдалась «болтанка» выхода из-за неопределённости, устройство снабжается триггером Шмитта. Это такая схема, которая обеспечивает амплитудное запаздывание срабатывания (гистерезис), защищая от цифрового дребезга и помех в момент переключения, гарантируя одиночный крутой фронт сигнала и однозначность привязки во времени.
Устройство и принцип действия датчикаЕсли бы всё перечисленное выполнялось на дискретных элементах, то датчик был бы размером с магнитолу, столько же стоил, работал ненадёжно и потреблял много электроэнергии. В реальности всё устройство датчика Холла выполняется методами интегральной микроэлектроники всё на том же полупроводниковом кристалле, который с лёгкой руки деятелей из Кремниевой долины давно уже принято называть чипом.
Сам датчик миниатюрен настолько, что его размерами можно пренебречь на фоне габаритов корпуса, электрического разъёма, подводящих проводов и вспомогательного постоянного магнита. Кристалл полностью заливается пластмассой для защиты от внешних воздействий, снаружи остаётся только разъём и полюс магнита. В зависимости от назначения, датчик может иметь прорезь, внутри которой будет проходить край задающего синхронизацию реперного диска с пазами.
Принцип работы датчика Холла в автомобилях состоит в том, что при появлении в рабочей зоне изменений магнитного поля, например, прорези реперного диска вместо его цельной части, или ступеньки на шкиве, или метки на фланце распредвала, сигнал на выходе сменит своё значение с нуля на единицу или наоборот. Таким образом, электронный блок, считывающий показания датчика, узнает о наступлении определённого момента во вращении вала, например, верхней мёртвой точки поршня определённого цилиндра или любого его положения относительно этой ВМТ, нужная информация задаётся разработчиками двигателя. Это ложится в основу расчёта блоком управления двигателя таких важных данных, как момент зажигания, периодичность впрыска топлива, порядок открытия форсунок.
Разные случаи применения датчиков на эффекте ХоллаВпервые такой датчик был использован на автомобилях с карбюраторными двигателями для замены контактов системы зажигания. Потом появились и другие применения магниточувствительных сенсоров.Датчик Холла в системе зажигания карбюраторного двигателя
Классическая батарейная система зажигания действует по принципу накопления энергии в магнитном поле катушки зажигания за счёт протекания тока по её первичной обмотке с последующим резким разрыванием цепи, что вызывает рост напряжения на вторичной обмотке и искровой разряд в свече. Контакты прерывателя при этом работают в крайне тяжёлых условиях, обгорают, изнашиваются и долго не живут. К тому же их возможности ограничивают рост мощности системы, а значит и работу двигателя с дальнейшим обеднением смеси для экономии горючего.
Проблему частично решило появление электронной бесконтактной системы зажигания с прерывателем на основе датчика Холла (ДХ). Здесь уже нет обгорающих и требующих регулировки зазора контактов, имеется лишь реперный диск, вращающийся в прорези датчика. Пока мимо магнита ДХ проходит цельная стенка диска, коммутатор зажигания, представляющий собой простой усилитель тока, управляемый сигналом ДХ, отдыхает, то есть ждёт момента начала накопления энергии. По переднему фронту прорези выходной ключ коммутатора открывается, начинается накопление энергии в катушке.
Ток увеличивается не до бесконечности. Выйдя на расчётную номинальную величину порядка полутора десятков ампер, он стабилизируется, а в момент появления второго края прорези датчик срабатывает, ключ размыкается, начинается рост напряжения на обмотках катушки вплоть до пробоя искрового зазора.
Датчик Холла здесь полностью оправдывает свои способности, он очень точно и стабильно задаёт моменты срабатывания всех элементов системы, а значит и ровную работу двигателя без пропусков зажигания и детонации. Сам ДХ при этом не изнашивается, служит теоретически вечно, избавляя водителей и ремонтников от всех неприятностей классического контактного прерывателя-распределителя (трамблёра). И только бракованные детали, а также мнительность заставляли людей покупать датчики для проверки и впрок, создавая дефицит, о котором было упомянуто ранее.
В качестве датчика положение коленчатого вала (ДПКВ)Чаще всего здесь используется простейший и надёжный индуктивный ДПКВ. Это обычная катушка с тонким проводом, намотанная на постоянный магнит. Мимо неё проходит зубчатый венец шкива коленвала, на котором один зубец отсутствует. Выходной сигнал представляет собой последовательность импульсов переменного тока, один из которых имеет увеличенную длительность и амплитуду. Компьютеру электронного блока управления двигателем (ЭБУ) не составит труда, располагая такой временной диаграммой, привязать все процессы во времени к фазам положения коленвала.
Однако некоторых разработчиков подобная простота не устраивала, возможно, им хотелось большей точности, поэтому в качестве датчика они использовали всё тот же ДХ. Принцип работы здесь такой же, зубцы задающего шкива замыкают и размыкают магнитный поток через датчик, изменяя его выходной цифровой сигнал. Получается последовательность импульсов, по форме несколько другая, но несущая в точности ту же самую информацию и выполняющая те же цели. Это основной и самый главный датчик двигателя, единственный, без которого мотор даже не заведётся, поэтому датчик Холла это то, что здесь нужно, повышенная надёжность тут очень кстати.
Выдача сигналов о положении распределительного вала
Очень хорошо датчику Холла подходит ещё одна работа, для которой он часто используется. Это синхронизация фазированного многоточечного впрыска топлива.
Вообще, системы впрыска могут быть самыми различными:
- одноточечные, или моновпрыск, не сильно отличается от карбюратора, имеется один центральный модуль, где форсунка распыляет бензин во впускной коллектор, откуда он равномерно, или не очень, всасывается цилиндрами;
- многоточечный, здесь на каждый цилиндр приходится своя форсунка, срабатывающая после окончания такта выпуска, чтобы подготовить смесь к впуску;
- многоточечный фазированный, для его реализации как раз и потребуется датчик Холла.
Недостатком обычного впрыска является отсутствие его точной синхронизации с моментом начала впуска в конкретный цилиндр. Дело в том, что информация для ЭБУ приходит с датчика коленвала, а по его положению невозможно точно засечь конкретный такт в цилиндре, ведь полный цикл требует двух оборотов вала, которые с точки зрения ДПКВ абсолютно одинаковые и ничем не различаются. Поэтому впрыск будет происходить два раза за цикл, причём один раз совершенно бесполезно, на закрытый перед рабочим ходом впускной клапан.
Для совершенствования системы был применён датчик положения распредвала, разумеется, на эффекте Холла. Конструкция уже известна, дисковый репер и магнитный ДХ с выходом на ЭБУ. Теперь блок управления точно знает, как отличить ВМТ сжатия от ВМТ выпуска и каждая форсунка откроется строго в нужный момент. У бензина не будет времени, чтобы бесполезно оседать на стенках коллектора.
Как проверяют ДХ при возникновении подозрений
Устройство это очень надёжное, но абсолютной защиты от неисправности не существует. Поэтому иногда приходится проверять и эти датчики.
- Самое простое — подменить ДХ на заведомо исправный. Это избавит от возни со щупами, пробниками и осциллографами. А стоит датчик недорого, его всегда полезно иметь в запасе если не для замены, то именно для проверки забарахлившей системы впрыска или зажигания.
- Люди, знающие принцип действия датчика Холла, могут проверить его простейшими и не очень приборами. Например, щупом-пробником со светодиодом. Выход датчика представляет собой каскад с открытым коллектором. Это означает, что в положении физического нуля транзистор открыт, и если пробник включён между плюсом питания и выходом ДХ, то индикатор засветится. Перемещая репер перед полюсами датчика, можно заставить его мигать, что почти точно укажет на исправность ДХ и подсоединённых цепей проводки.
- Слово «почти» было употреблено в том смысле, что точно убедиться в исправности можно лишь с помощью цифрового запоминающего осциллографа, который имеется у многих диагностов как приставка к ноутбуку. С его применением можно проверить параметр, который недоступен щупам — быстродействие датчика. Фронты напряжения должны быть достаточно крутыми, что осциллограф и покажет. «Заваленный» фронт может оказаться тем самым случаем, когда датчик вроде работает, и пробник или мультиметр это подтверждают, а система сбоит и светит ошибки.
Почти все случаи, поясняющие, что такое датчик Холла в автомобиле, рассмотрены, остаётся упомянуть вполне возможное менее явное присутствие этих небольших приборов в автоэлектронике. Многие машины оснащаются достаточно мощными электродвигателями, где также для работы силовой электроники используются датчики Холла, следящие за положением ротора в магнитном поле. И даже этим, возможно, проникновение ДХ в авто не заканчивается. Компактный, надёжный и точный прибор всегда найдёт себе область работы во всё больше обрастающем электроникой современном автомобиле.
Датчики холла в автомобиле
Уникальный магнитоэлектрический датчик получил свое имя от известного физика, который в 1879 году открыл важное гальваномагнитное явление. Звали его Э. Холл, потому и датчик назвали «Датчик Холла». Еще в начале 70-х годов в зарубежье уже довольно широко применялись бесконтактные клавишные переключатели за основу которых был взят принцип Холла.
К достоинствам данного переключателя можно отнести долговечность и высокую надежность, а также небольшие размеры. Недостатком датчиков Холла является высокая стоимость и постоянное потребление электроэнергии. Недостатки можно считать не весомыми, ведь датчик, физика Холла, прекрасно зарекомендовал себя и получил широкое применение и большую популярность.
Если воздействовать магнитным полем на полупроводник, по которому протекает ток, то в нем появляется ЭДС Холла (поперечная резкость потенциалов). Появившаяся поперечная ЭДС сможет иметь напряжение всего на 3 В. меньше, чем напряжение самого питания. Переезд на японских автомобилях стал более комфортным с появлением этого датчика.
Для примера можно взять полупроводниковую пластинку 5х5 мм. Пропускаем ток по пластинке двумя параллельными сторонами и одновременно с этим подносим постоянной магнит, затем подсоединяем провода к двум оставшимся сторонам квадрата. В результате получается генератор Холла. Для получения импульсного генератора Холла нужно поместить между полупроводниками и магнитом перемещающийся экран.
Датчик Холла построен по принципу щелевой конструкции. С одной стороны щели находится постоянный магнит, а с другой полупроводник, по которому идет ток при включенном зажигании. В щели датчика находится еще и цилиндрический стальной экран, имеющий прорези. Магнитный поток способен воздействовать на полупроводник с током, который протекает по нему. Происходит это тогда, когда экран вращается, а его прорези проникают в щели датчика. После всего этого, управляющие импульсы датчика Холла попадают в коммутатор, где происходит преобразование в импульсы тока в первичной обмотке катушки зажигания. Датчик Холла пригодится, если нужна перевозка груза, это просто и удобно.
Осуществлять проверку датчика Холла лучше всего заменив его на заведомо рабочий, но также можно попробовать воспользоваться самым обычным вольтметром. Вольтметр у исправно работающего датчика Холла должен быть подключен к выходу датчика и включен на измерение постоянного напряжения. В этом случае датчик-распределитель по мере вращения вала должен показывать движения от 0,4, до отметки, отличающейся от обычного напряжения питания не больше чем на 3 В.
Датчик помещается напрямик на статор двигателя авто и используется в качестве ДПР. Датчик положения ротора выполняет взаимосвязь по определению положения ротора, дополнительно несет функцию, словно коллектор в коллекторном ДПТ.
5 последних статей
Что в машине нужно поменять сразу после покупки? Какие расходники лучше сразу купить?Эффективная работа системы охлаждения двигателя продлит срок службы автомобиля
Подведен итог 5-го Уральского форума
Причины падения мощности и приемистости турбированных двигателей
Ломаные шатуны. Брак производителя или техническая хитрость?
Принцип эффекта Холла — история, объяснение теории, математические выражения и приложения
Принцип эффекта Холла — одна из самых популярных теорий в измерении магнитного поля. В этом посте будет обсуждаться принцип эффекта Холла, его история, объяснение теории, приложения и математические выражения принципа эффекта Холла, включая расчеты напряжения Холла, коэффициента Холла, концентрации носителей заряда, холловской подвижности и плотности магнитного поля.
Принцип эффекта Холла объясняет поведение носителей заряда при воздействии электричества и магнитных полей.Этот принцип можно рассматривать как расширение силы Лоренца, которая является силой, действующей на носители заряда (электроны и дырки), проходящие через магнитное поле.
Датчики, работающие на этом принципе, называются датчиками Холла. Эти датчики на эффекте Холла пользуются большим спросом и имеют очень широкое применение, например, датчики приближения, переключатели, датчики скорости вращения колес, датчики положения и т. Д.
История эффекта Холла
Принцип эффекта Холла был назван в честь американского физика Эдвина. ЧАС.Холл (1855–1938). Он был впервые представлен миру в 1879 г. перпендикулярно магнитному полю генерируется напряжение, которое можно измерить под прямым углом к пути тока. В то время электрический ток в проводе считался чем-то похожим на текущую жидкость в трубе.
Принцип эффекта Холла предполагает, что магнитная сила в токе приводит к скоплению на конце трубы или (провода). Электромагнитный принцип теперь еще лучше объяснил науку, лежащую в основе эффекта Холла, с гораздо большей оценкой. Теория Холла определенно опередила свое время. Только два десятилетия спустя, с появлением полупроводников, работа и использование эффекта Холла были эффективно использованы.
Первоначально этот принцип использовался для классификации химических проб.Позже датчики на эффекте Холла (с использованием полупроводниковых соединений арсенида индия) стали источником для измерения постоянного или статического магнитного поля без удержания датчика в движении. Спустя десятилетие в 1960-х годах появились полупроводники на основе кремния. Это было время, когда элементы Холла были объединены со встроенными усилителями, и поэтому миру был представлен переключатель Холла.
Рис. 2 — Принцип эффекта Холла — ток, текущий через пластину
Принцип эффекта Холла
Принцип эффекта Холла гласит, что когда проводник или полупроводник с током, текущим в одном направлении, вводится перпендикулярно магнитному полю, напряжение может быть измерено под прямым углом к пути тока.
Эффект получения измеримого напряжения, как было сказано выше, называется эффектом Холла.
Теория, лежащая в основе принципа эффекта Холла
Прежде всего, мы должны понять, что такое электрический ток. Электрический ток — это в основном поток заряженных частиц по проводящему пути. Эти заряженные частицы могут быть «отрицательно заряженными электронами» или даже «положительно заряженными дырами» (пустотами там, где должны находиться электроны). Теперь перейдем к теме.
Если мы возьмем тонкую проводящую пластину (как показано выше на рис. 1 и повторено ниже для удобства чтения) и подключим ее в цепь с батареей (источником напряжения), то по ней начнет течь ток.Носители заряда будут течь по прямой линии от одного конца пластины к другому.
Рис. 2 — Принцип эффекта Холла — ток, текущий через пластину
Когда носители заряда находятся в движении, они создают магнитное поле. Теперь, когда вы поместите магнит рядом с пластиной, его магнитное поле будет искажать магнитное поле носителей заряда. Это нарушит прямой поток носителей заряда. Сила, которая нарушает направление потока носителей заряда, известна как сила Лоренца.
Из-за искажения магнитного поля носителей заряда отрицательно заряженные электроны будут отклоняться в одну сторону пластины, а положительно заряженные дырки — в другую. Вот почему между обеими сторонами пластины возникает разность потенциалов (также называемая напряжением Холла), которую можно измерить с помощью измерителя.
Рис. 3 — Принцип эффекта Холла — отклонение электронов и отверстий
Этот эффект известен как эффект Холла.Чем сильнее магнитное поле, тем сильнее будут отклоняться электроны. Это означает, что чем выше ток, тем сильнее будут отклоняться электроны. И чем больше будут отклоняться электроны, тем больше будет наблюдаться разность потенциалов между обеими сторонами пластины. Следовательно, мы можем сказать, что:
- Напряжение Холла прямо пропорционально электрическому току, а
- Напряжение Холла прямо пропорционально приложенному магнитному полю.
Математические выражения для принципа эффекта Холла
Вот некоторые математические выражения, которые широко используются в вычислениях эффекта Холла: —
Напряжение Холла
Напряжение Холла представлено как V H .Математическое выражение для напряжения Холла: —
Где:
I — Ток, протекающий через датчик
B — Напряженность магнитного поля
q — Заряд
n — количество носителей заряда на единицу объема
d — Толщина сенсора
Коэффициент Холла
Представляется R H . Математическое выражение для коэффициента Холла (R H ): 1 / (qn) .Коэффициент Холла (R H ) положительный, если количество дырок с положительным зарядом больше, чем количество электронов с отрицательным зарядом. Точно так же коэффициент Холла (RH) отрицателен, если количество электронов с отрицательным зарядом больше, чем количество дырок с положительным зарядом.
Концентрация носителей заряда
Концентрация носителей заряда в электронах обозначается буквой «n», а дырки — буквой «p». Математическое выражение для концентрации носителей заряда: —
Холловская подвижность
Холловская подвижность для электронов представлена как « μ n », а для дырок — « μ p ».Математическое выражение для подвижности Холла: —
Где:
μ n — Проводимость, обусловленная электронами
μ p — Проводимость, обусловленная отверстиями
Плотность магнитного потока
Плотность магнитного потока обозначается буквой «B». Математическое выражение для плотности магнитного потока: —
Применение принципа эффекта Холла
Принцип эффекта Холла используется в: —
- Оборудование для измерения магнитного поля.
- Приложения умножителя для фактического умножения.
- Измерительный щуп на эффекте Холла для измерения постоянного тока.
- Измерение фазового угла. Например — при измерении углового положения коленчатого вала для точного совмещения с углом зажигания свечей зажигания.
- Датчики линейных или угловых перемещений. Например — для определения положения автомобильных сидений и ремней безопасности и выполнения функции блокировки для управления подушками безопасности.
- Датчики приближения.
- Датчики и датчики на эффекте Холла
- Для определения скорости вращения колес и, соответственно, помощи антиблокировочной тормозной системе (ABS).
Как с помощью эффекта Холла определить тип используемого полупроводника?
Коэффициент Холла говорит обо всем. Если коэффициент Холла отрицательный, это означает, что основными носителями заряда являются электроны. И поскольку количество электронов больше по сравнению с дырками в полупроводниках n-типа, это ясно указывает на то, что тестируемый полупроводник относится к n-типу.Точно так же, если коэффициент Холла положительный, это означает, что большинство носителей заряда являются дырками. И поскольку количество отверстий больше по сравнению с электронами в полупроводниках p-типа, это ясно указывает на то, что тестируемый полупроводник относится к p-типу.
Также прочтите, что такое клещи (клещи-тестеры) — типы, принцип работы и правила эксплуатации.
Анимация принципа работы датчика Холла
Датчик Холла — это преобразователь, который изменяет свое выходное напряжение в ответ на магнитное поле.Датчики на эффекте Холла используются для бесконтактного переключения, позиционирования, определения скорости и измерения тока.
Рис. Колесо с двумя магнитами, проходящими мимо датчика Холла
В простейшей форме датчик работает как аналоговый преобразователь, напрямую возвращая напряжение. Зная магнитное поле, можно определить его расстояние от пластины Холла. Используя группы датчиков, можно определить относительное положение магнита.
Часто датчик Холла сочетается со схемой, которая позволяет устройству работать в цифровом (вкл. / Выкл.) Режиме, и в этой конфигурации его можно назвать переключателем.
ПРИНЦИП РАБОТЫ
Зонд Холла содержит кристалл полупроводника соединения индия, такого как антимонид индия, установленный на алюминиевой опорной пластине и заключенный в головку зонда.
Когда зонд Холла удерживается так, чтобы силовые линии магнитного поля проходили под прямым углом через сенсор зонда, сенсор показывает значение плотности магнитного потока (B). Через кристалл проходит ток, который при помещении в магнитное поле создает на нем напряжение «эффекта Холла».Эффект Холла наблюдается, когда проводник пропускается через однородное магнитное поле. Возникающее напряжение на эффекте Холла указывает на то, что магнитный объект прошел вокруг него. Следовательно, напряжение эффекта Холла является выходным сигналом и используется для обнаружения объекта рядом с ним.
Также читайте: Анимация бесконтактного переключателя
ПРЕИМУЩЕСТВА
Датчик на эффекте Холла может работать как электронный переключатель.
- Такой переключатель стоит дешевле механического переключателя и намного надежнее.
- Может работать на частоте до 100 кГц.
- Он не страдает от дребезга контактов, потому что используется твердотельный переключатель с гистерезисом, а не механический контакт.
- На него не повлияют загрязнения окружающей среды, поскольку датчик находится в герметичной упаковке. Поэтому его можно использовать в тяжелых условиях.
В случае линейного датчика (для измерения напряженности магнитного поля) датчик Холла:
- может измерять широкий диапазон магнитных полей Модель
- может измерять магнитные поля северного или южного полюса.
- может быть плоским
НЕДОСТАТКИ
Датчикина эффекте Холла обеспечивают гораздо более низкую точность измерения, чем феррозондовые магнитометры или датчики на основе магнитосопротивления.Кроме того, датчики на эффекте Холла значительно дрейфуют, что требует компенсации.
ПРИМЕНЕНИЕ
Определение положения
Обнаружение присутствия магнитных объектов (связанное с определением положения) является наиболее распространенным промышленным применением датчиков Холла, особенно тех, которые работают в режиме переключения (режим включения / выключения). Датчики на эффекте Холла также используются в бесщеточном двигателе постоянного тока для определения положения ротора и переключения транзисторов в правильной последовательности.
Смартфоныиспользуют датчики холла, чтобы определить, закрыта ли флип-крышка.
Трансформаторы постоянного тока
Датчики на эффекте Холламогут использоваться для бесконтактных измерений постоянного тока в трансформаторах тока. В этом случае датчик на эффекте Холла устанавливается в зазоре магнитопровода вокруг токопровода. В результате можно измерить постоянный магнитный поток и рассчитать постоянный ток в проводнике. Эффект Холла также использовался для обнаружения постоянного тока в сверхпроводящем трансформаторе постоянного тока.
Автомобильный указатель уровня топлива
Датчик Холла используется в некоторых автомобильных индикаторах уровня топлива. Основной принцип работы такого индикатора — определение положения плавающего элемента. Это можно сделать либо с помощью вертикального поплавкового магнита, либо с помощью датчика с вращающимся рычагом.
- В вертикальной поплавковой системе постоянный магнит установлен на поверхности плавающего объекта. Токоведущий провод закреплен на верхней части резервуара на одной линии с магнитом.Когда уровень топлива повышается, к току прикладывается увеличивающееся магнитное поле, что приводит к более высокому напряжению Холла. По мере того, как уровень топлива уменьшается, напряжение Холла также будет уменьшаться. Уровень топлива отображается и отображается надлежащим сигналом напряжения Холла.
- В датчике с вращающимся рычагом диаметрально намагниченный кольцевой магнит вращается вокруг линейного датчика Холла. Датчик измеряет только перпендикулярную (вертикальную) составляющую поля. Измеренная сила поля напрямую зависит от угла поворота рычага и, следовательно, от уровня топливного бака.
Каков принцип эффекта Холла? — MVOrganizing
Каков принцип эффекта Холла?
Принцип эффекта Холла гласит, что когда токопроводящий проводник или полупроводник помещается в перпендикулярное магнитное поле, напряжение может быть измерено под прямым углом к пути тока.
Что такое измерение эффекта Холла?
Измерение напряжения Холла состоит из серии измерений напряжения с постоянным током I и постоянным магнитным полем B, приложенным перпендикулярно плоскости образца.Наконец, необходимо точно измерить температуру образца, напряженность магнитного поля, электрический ток и напряжение.
Каково происхождение напряжения Холла?
История эффекта Холла начинается в 1879 году, когда Эдвин Х. Холл обнаружил, что небольшое поперечное напряжение появляется на тонкой металлической полоске с током в приложенном магнитном поле. Открытие эффекта Холла позволило напрямую измерить плотность носителей.
Каков принцип работы датчика Холла?
Принцип работы В датчике Холла ток подается на тонкую металлическую полоску.В присутствии магнитного поля, перпендикулярного направлению тока, носители заряда отклоняются силой Лоренца, создавая разницу в электрическом потенциале (напряжении) между двумя сторонами полосы.
Как найти ЭДС Холла?
Сводка раздела
- Эффект Холла — это создание магнитным полем напряжения ε, известного как ЭДС Холла, на проводнике с током.
- ЭДС Холла дается как. ε = Blv (B, v и l, взаимно перпендикулярно) для проводника шириной l, по которому заряды движутся со скоростью v.
Что такое эффект Холла найти выражение в коэффициенте Холла?
\ frac {E_ {H}} {JB}: Коэффициент Холла (RH) определяется как отношение между индуцированным электрическим полем и произведением приложенного магнитного поля и плотности тока. В полупроводниках RH положительна для дырки и отрицательна для свободных электронов.
Что такое постоянная Холла?
Если проводник с током находится в магнитном поле, сила действует на носители заряда перпендикулярно направлению тока и магнитного поля.Получающееся в результате разделение зарядов называется эффектом Холла и приводит к измеряемому напряжению Холла.
Что такое коэффициент Холла?
Двумя наиболее широко используемыми единицами для коэффициентов Холла являются единицы СИ, м3 / А-сек = м3 / Кл, и гибридная единица Ом-см / Г (которая объединяет практические величины вольт и ампер с величинами сантиметра и гаусса. ).
Что такое множитель эффекта Холла?
Возведение в квадрат двух сигналов в умножителе на эффекте Холла получается простым соединением токовых входных клемм элемента Холла последовательно с катушками, создающими поле.Настоящий измеритель среднеквадратичных значений был построен с использованием множителя на эффекте Холла в качестве устройства возведения в квадрат.
Как рассчитать сопротивление Холла?
Процедура измерения Холла:
- Приложите положительное магнитное поле B.
- Подайте ток I13 на выводы 1 и 3 и измерьте напряжение V.
- Подайте ток I31 на выводы 3 и 1 и измерьте напряжение V.
- Аналогичным образом измерьте V13P и V31P с помощью I42 и I24 соответственно.
- Обратное магнитное поле (отрицательное B)
Что такое Hallbar?
Полоса Холлаявляется хорошей геометрией для измерения сопротивления, поскольку примерно половина напряжения, приложенного к образцу, возникает между контактами измерения напряжения.По этой причине стержни Холла аналогичной геометрии обычно используются при измерении магнитосопротивления или холловской подвижности на образцах с низким сопротивлением.
Что такое удельное сопротивление в эффекте Холла?
Удельное электрическое сопротивление — это основная мера того, насколько хорошо материал проводит электрический ток. Когда магнитное поле приложено неколлинеарно к направлению тока, сила Лоренца искривляет траекторию носителей заряда и приводит к разности потенциалов.
Что такое эксперимент с эффектом Холла?
Эффект Холла является основой физики твердого тела и важным диагностическим инструментом для определения характеристик материалов, особенно полупроводников.Он обеспечивает прямое определение знака носителей заряда, например электрон или дырки (приложение A) и их плотность в данном образце.
Почему используется эффект Холла?
В результате эффект Холла очень полезен как средство измерения плотности носителей заряда или магнитного поля. Одна очень важная особенность эффекта Холла состоит в том, что он различает положительные заряды, движущиеся в одном направлении, и отрицательные, движущиеся в противоположном.
Что такое PPT на эффекте Холла?
3. Эффект Холла — это создание разности напряжений (напряжения Холла) на проводнике с током (в присутствии магнитного поля), перпендикулярном как току, так и магнитному полю. Эти датчики вырабатывают напряжение, пропорциональное приложенному магнитному полю, а также определяют полярность.
Каков принцип работы цифрового гауссметра?
Теория эффекта Холла — принцип работы гауссметра. Если теперь магнитное поле приложить к верхней и нижней поверхности плиты, по бокам плиты появится напряжение, которое прямо пропорционально плотности магнитного потока или напряженности магнитного поля.
Кто использует гауссметр?
Кому нужен гауссметр? Измерители Гаусса — полезные устройства, и электрик, у которого он есть, может легче диагностировать неправильно подключенные цепи. Фактически, бесконтактный тестер напряжения обнаруживает поток электричества по создаваемому им магнитному полю, поэтому это разновидность гауссметра.
Что такое датчик эффекта Холла? — Принцип действия датчика Холла, типы обнаружения
Определение: Датчик эффекта Холла — это твердотельное устройство , которое переключается в активное состояние, когда оно находится в магнитном поле . Выходное напряжение датчика Холла зависит от магнитного поля вокруг него. Когда магнитное поле на полупроводниковой пластине изменяется, плотность магнитного потока также изменяется, из-за чего изменяется выходное напряжение датчика Холла.
Принцип 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 проходит вдоль оси полупроводникового образца, то на носители заряда полупроводникового прибора действует магнитная сила. .
Благодаря этой магнитной силе они сдвигаются в сторону, то есть к краям плиты. Вследствие этого создается электрическое поле из-за скопления носителей заряда по краям. Таким образом, выходное напряжение изменяется с изменением магнитного поля. Эффект Холла основан на принципе Лоренца.
Датчикина 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, создаваемое датчиком на эффекте Холла, очень мало. Даже при большой величине магнитного поля создаваемое выходное напряжение невелико. Таким образом, усилители постоянного тока используются для усиления выходного напряжения. Кроме того, для получения регулируемого напряжения используются также регуляторы и схемы переключения.
Датчик на эффекте Холла может обеспечивать как линейный, так и нелинейный выходной сигнал 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 прошествии 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 больше 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, то есть ВКЛ и ВЫКЛ. В датчиках Холла с цифровым выходом триггер Шмита используется в координации с OP-AMP (т.е.е. Операционный усилитель), который формирует встроенный гистерезис. Вследствие этого отсутствуют колебания выходного напряжения.
Датчики Холла с цифровым выходомбывают двух типов: , биполярный, и униполярный, . 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 датчик на эффекте Холла с цифровым выходом использует только положительный полюс, то есть южный полюс, как для активации, так и для деактивации датчика Холла.
Типы обнаружения датчиком Холла
- Конфигурация обнаружения в лоб: При обнаружении в лоб магнит движется вперед 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.
- Конфигурация бокового обнаружения: При боковом обнаружении датчика Холла он перемещается в сторону и удерживается рядом с активной областью датчика Холла .
- 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.
Эффект Холла | NIST
Эволюция концепций сопротивления | Эффект Холла и сила Лоренца | Техника Ван дер Пау
Эволюция концепций сопротивления
Электрические характеристики материалов развивались на трех уровнях понимания. В начале 1800-х годов сопротивление R и проводимость G считались измеримыми физическими величинами, которые можно было получить с помощью двухконтактных измерений I-V (т. Е. Тока I , напряжения В ).Позже стало очевидно, что одно только сопротивление не является достаточно полным, поскольку разные формы образцов дают разные значения сопротивления. Это привело к пониманию (второй уровень) того, что требуется внутреннее свойство материала, такое как удельное сопротивление (или проводимость), на которое не влияет конкретная геометрия образца. Впервые это позволило ученым количественно оценить токонесущую способность материала и провести значимые сравнения между различными материалами.
К началу 1900-х годов стало понятно, что удельное сопротивление не является фундаментальным параметром материала, поскольку разные материалы могут иметь одинаковое удельное сопротивление. Кроме того, данный материал может иметь разные значения удельного сопротивления в зависимости от того, как он был синтезирован. Это особенно верно для полупроводников, где только удельное сопротивление не может объяснить всех наблюдений. Теории электропроводности строились с разной степенью успеха, но до появления квантовой механики не было разработано общеприемлемого решения проблемы электрического переноса.Это привело к определениям плотности носителей n и мобильности µ (третий уровень понимания), которые сегодня способны выполнять даже самые сложные электрические измерения.
Эффект Холла и сила Лоренца
Основным физическим принципом, лежащим в основе эффекта Холла, является сила Лоренца, которая представляет собой комбинацию двух отдельных сил: электрической и магнитной силы. Когда электрон движется вдоль направления электрического поля, перпендикулярного приложенному магнитному полю, он испытывает магнитную силу — q v X B , действующую перпендикулярно обоим направлениям.Направление этой магнитной силы можно определить, используя правило правой руки. С открытой ладонью пальцы направлены в направлении скорости несущей и загнуты в направлении магнитного поля. Затем направление магнитной силы на электрон определяется направлением, противоположным направлению большого пальца. Результирующая сила Лоренца F , следовательно, равна — q ( E + v x B ), где q (1.602×10 -19 C) — элементарный заряд, E — электрическое поле, v — скорость частицы, а B — магнитное поле. Для стержневого полупроводника типа n , такого как показанный на рисунке 1, носителями являются преимущественно электроны с объемной плотностью n . Мы предполагаем, что постоянный ток I течет вдоль оси x слева направо в присутствии магнитного поля, направленного по оси z.Электроны, на которые действует сила Лоренца, первоначально дрейфуют от направления тока к отрицательной оси y, что приводит к избыточному отрицательному поверхностному электрическому заряду на этой стороне образца. Этот заряд вызывает напряжение Холла — падение потенциала на двух сторонах образца. (Обратите внимание, что сила, действующая на отверстия, направлена в одну сторону из-за их противоположной скорости и положительного заряда.) Это поперечное напряжение представляет собой напряжение Холла В H , а его величина равна IB / qnd , где I — ток, B — магнитное поле, d — толщина образца, q (1.602 x 10 -19 C) — элементарный заряд. В некоторых случаях удобно использовать плотность слоя или листа ( n s = nd ) вместо насыпной плотности. Тогда получается уравнение
Таким образом, измеряя напряжение Холла В, H и по известным значениям I , B и q , можно определить плотность слоев n s носителей заряда в полупроводниках. . Если измерительное устройство настроено, как описано ниже в разделе IV, напряжение Холла будет отрицательным для полупроводников типа n и положительным для полупроводников типа p .Листовое сопротивление R S полупроводника может быть удобно определено с помощью метода измерения удельного сопротивления Ван-дер-Пау. Поскольку сопротивление листа включает в себя как его плотность, так и подвижность, подвижность Холла можно определить по уравнению
.µ = | V H | / R S IB = 1 / ( qn S R S ).
Если известна толщина проводящего слоя d , можно определить объемное удельное сопротивление ( ρ = R S d ) и объемную плотность ( n = n S / d ).
Техника Ван дер Пау
Чтобы определить как подвижность µ , так и плотность листа n s , необходима комбинация измерения удельного сопротивления и измерения Холла. Мы обсуждаем здесь метод Ван-дер-Пау, который из-за его удобства широко используется в полупроводниковой промышленности для определения удельного сопротивления однородных образцов (ссылки 3 и 4). В соответствии с первоначальной разработкой ван дер Пау, один использует произвольную форму (но односвязную, т.е.(без отверстий или непроводящих островков или включений) образец тонкой пластины, содержащий четыре очень маленьких омических контакта, размещенных на периферии (предпочтительно в углах) пластины. Схема прямоугольной конфигурации Ван дер Пау показана на рис. 2.
Целью измерения удельного сопротивления является определение сопротивления листа R S . Ван дер Пау продемонстрировал, что на самом деле существует два характеристических сопротивления R A и R B , связанных с соответствующими клеммами, показанными на рис.2. R A и R B связаны с сопротивлением листа R S через уравнение Ван дер Пау
exp (-π R A / R S ) + exp (-π R B / R S ) = 1
, который можно решить численно для R S .
Объемное электрическое сопротивление ρ может быть рассчитано с использованием
Чтобы получить два характеристических сопротивления, один прикладывает постоянный ток I к контакту 1 и вне контакта 2 и измеряет напряжение В 43 от контакта 4 к контакту 3, как показано на рис.2. Затем прикладывают ток I к контакту 2 и вне контакта 3 при измерении напряжения В 14 от контакта 1 к контакту 4. R A и R B являются вычисляется с помощью следующих выражений:
R A = V 43 / I 12 и R B = V 14 / I 23 .
Целью измерения Холла в технике Ван дер Пау является определение плотности носителя листа n s путем измерения напряжения Холла V H . Измерение напряжения Холла состоит из серии измерений напряжения с постоянным током I и постоянным магнитным полем B , приложенным перпендикулярно плоскости образца. Удобно, что тот же образец, снова показанный на рис.3, может также использоваться для измерения Холла. Для измерения напряжения Холла В H , ток I пропускается через противоположную пару контактов 1 и 3, а напряжение Холла В H (= В 24 ) измеряется через оставшаяся пара контактов 2 и 4. После получения напряжения Холла В H плотность несущей листа n s может быть вычислена с помощью n s = IB / q | V H | из известных значений I , B и q .
Второй тип геометрии, который иногда используется, включает образец параллелепипеда или моста. Это может быть более желательно в случае анизотропных свойств материала. Ограничения по форме и размеру более жесткие, чем у образца Ван дер Пау, но измерения можно проводить с использованием шести- или восьмиконтактной конфигурации. Образец мостовидного типа отличается от параллелепипеда тем, что контакты размещены на плечах, ответвляющихся от основания основного параллелепипеда.Подробности этого метода можно получить из документа ASTM, указанного в ссылках.
Существуют практические аспекты, которые необходимо учитывать при проведении измерений Холла и удельного сопротивления. Основными проблемами являются (1) качество и размер омического контакта, (2) однородность образца и точное определение толщины, (3) термомагнитные эффекты из-за неоднородной температуры и (4) фотопроводящие и фотоэлектрические эффекты, которые можно минимизировать путем измерения в темноте. . Кроме того, поперечные размеры образца должны быть большими по сравнению с размером контактов и толщиной образца.Наконец, необходимо точно измерить температуру образца, напряженность магнитного поля, электрический ток и напряжение.
Датчики токаДатчик тока Холла с разъемным сердечником, может использоваться для обнаружения импульсного переменного тока постоянного тока, диапазон измерения: плюс или минус 1000 А, принцип работы — эффект Холла, тип монтажа: пластинчатый Номинальный вход: 500 А Датчики infousahamikro.com
Датчик тока Холла с разъемным сердечником, может использоваться для обнаружения импульсного переменного тока постоянного тока, диапазон измерения: плюс или минус 1000 А, принцип работы — эффект Холла, тип монтажа: пластинчатый Номинальный вход: 500 А
** покупка не включает рамку **, из-за того, что разные компьютеры отображают цвета по-разному.Пожалуйста, внимательно сравните перед покупкой, пожалуйста, проверьте детали измерения, качественный материал: изготовлен из мягкой холщовой ткани. ✅ ОГРАНИЧЕННАЯ КОЛЛЕКЦИЯ: Мы прилагаем все усилия, чтобы ваши предметы были уникальными и персонализированными для ваших самых запоминающихся событий. Идеальные подарки для друзей и семьи. Эти браслеты станут прекрасными подарками для ободрения: мотивируйте вашего сына, 36 «x24»: вывески для магазинов — ✓ БЕСПЛАТНО ДОСТАВКА возможна для подходящих покупок. Купите Absolute Cult Drewbacca Girls Joss Whedon Quote Sweatshirt и другие модные толстовки и свитшоты в, 9% покупателей удовлетворены стилем и качеством нашей продукции (ПОЖАЛУЙСТА, ПОСЕТИТЕ НАШ МАГАЗИН AMAZON ДЛЯ БОЛЬШЕ ПРОДУКТОВ) даст нашим клиентам 0 дней, чтобы испытать нашу уверенность Продукты, подходящие для мужчин / женщин / мальчиков / девочек.Купите темную свободную майку TooLoud Birthstone Garnet и другие майки на. Купите женские джинсовые джинсы Follo Clothing с рваными потертостями, обтягивающими синими и другими джинсами в магазине, чтобы вы могли комфортно играть в воде и на пляже. Датчик тока Холла с разъемным сердечником , может использоваться для обнаружения импульсного переменного тока постоянного тока, диапазон измерения: плюс или минус 1000 А, принцип работы — эффект Холла, тип монтажа: пластинчатый Номинальный вход: 500 А . Купить Athena Parts 082012 Комплект поршня Ø 43, толщина Ø12: Поршни — ✓ Возможна БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА для соответствующих покупок, [ВНИМАНИЕ] — Для получения более подробной информации проверьте изображения.Идеально подходит для подбора цвета краски к интерьеру. Точная деталь, которая идет в комплекте с вашим автомобилем, в комплекте 2100-миллиметровый передний внутренний трос переключателя и 2100-миллиметровый задний внутренний трос. Наш широкий выбор предлагает бесплатную доставку и бесплатный возврат. Отличный аксессуар, который подойдет к вашему стилю в одежде. Миниатюрный упорный шарикоподшипник 10 шт. Кольцо из смолы, трехцветное кольцо из эко-смолы, ♥ (это сумка на всех фото) ♥, Модель стоит 5 футов 4 дюйма, вес 110 фунтов, талия 25 дюймов и талия 35. Оригинальный дизайн бусин на пуговицах, сделанный с использованием следующего: Длина: 2 1/2 дюйма до низа дисков и 5 дюймов, включая ушную проволоку и длину цепочки. Цепочку можно обрезать. Если вы предпочитаете более короткие серьги, P-L0139 ✿´Материалы: нержавеющая сталь, ХОТИТЕ ТОЛЬКО ОПРЕДЕЛЕННЫЕ ИГРЫ И НИКАКИЕ ДРУГИЕ, смешанная струящаяся зелень плюща, датчик тока Холла с раздельным сердечником, может использоваться для обнаружения импульсного переменного тока постоянного тока, диапазон измерения: плюс или минус 1000 А, принцип работы — эффект Холла, тип монтажа: пластинчатый Номинальный вход: 500 А .-Система защиты от воды: Regenhaube, Размеры этого файла 5×5 дюймов, но вы можете назвать его подставкой для продуктов. Набор из двух цветочных открыток, напечатанных с моей оригинальной акварельной картины цветущих цветов и точек в теплых тонах. ПОЖАЛУЙСТА, ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: этикетки и брелоки будут отправлены в правильной теме, а цветные изображения — это просто примеры различных доступных дизайнов, кольцо имеет размер 9 1/2 и может иметь размер некоторых размеров или просто небольшое удовольствие для себя 🙂 . CRAFT — Множественные недостатки, которые необходимо исправить.Винтажное желтое золото 14 карат, синий сапфир и бриллиант в форме капли. Спросите о других размерах, формах и типах меха. Я буду через пруд искать новые сокровища с 23 июля по 22 августа ▬, без дополнительной полировки. Приятный декор, который выделит вас на вечеринке. и легкодоступный d-образный верхний проем с двойной застежкой-молнией, Датчик тока Холла с разъемным сердечником, Может использоваться для обнаружения импульсного переменного тока постоянного тока, Диапазон измерения: Плюс или Минус 1000А, Принцип работы — эффект Холла, Тип монтажа: Пластина- Тип Номинальный входной ток: 500A .Вся новая история написана Грегом Рука, и мы производим множество различных стилей. Передовой технический дизайн и тщательное тестирование качества являются основой производственного процесса, школьные и туристические мягкие мячи для снятия напряжения, которые вы можете взять с собой куда угодно. Гибкие полоски подходят там, где другие комплекты не подходят, 【Вариант теплого и холодного освещения】 Диапазон цветовой температуры от 2700K до 5500K. Современный простой стиль ПК ноутбук рабочий стол рабочий стол офисный стол рабочая станция для домашнего офиса, коллекция: -Bancroft collection, мы изготовили трубы по нашим стандартам.Организуйте по цвету, стилю, размеру или типу одежды. Цветовое кодирование и маркировка; Доступен в 19 цветах; Бесконечное использование для творческих умов и бесплатная доставка по соответствующим критериям заказам. Мужская красная классическая футболка с круглым вырезом Ferrari с круглым вырезом и большим логотипом: одежда из твердой древесины твердых пород и гладкой шлифовки. Держатель предохранителя 10AWG 0A 1AWG 20A, длина петли 15, датчик тока Холла с разъемным сердечником , может использоваться для обнаружения импульсного переменного тока постоянного тока, диапазон измерения: плюс или минус 1000A, принцип работы — эффект Холла, тип монтажа: пластина- Тип Номинальный входной ток: 500A .Средний = Китай 2X-Большой: Длина: 26, или для домашнего использования для хранения галантерейных товаров.
Датчик тока Холла с разъемным сердечником, может использоваться для обнаружения импульсного переменного тока постоянного тока, диапазон измерения: плюс или минус 1000A, принцип работы — эффект Холла, тип монтажа: пластинчатый Номинальный вход: 500A
Что такое преобразователь эффекта Холла? — Определение, принцип и применение
Определение: Элемент на эффекте Холла представляет собой тип преобразователя, используемый для измерения магнитного поля посредством преобразования его в ЭДС .Прямое измерение магнитного поля невозможно. Таким образом, используется преобразователь на эффекте Холла. Преобразователь преобразует магнитное поле в электрическую величину , которую легко измерить аналоговыми и цифровыми счетчиками.
Принцип датчика Холла
Принцип действия преобразователя на эффекте Холла заключается в том, что если токоведущую полоску проводника поместить в поперечное магнитное поле, то ЭДС развивается на краю проводника.Величина развивающегося напряжения зависит от плотности потока, и это свойство проводника называется эффектом Холла. Элемент с эффектом Холла в основном используется для магнитных измерений и измерения тока.
Металл и полупроводник обладают свойством эффекта Холла, который зависит от плотности и подвижности электронов.
Рассмотрим элемент эффекта Холла, показанный на рисунке ниже. Подача тока через выводы 1 и 2, а вывод осуществляется через полоски 3 и 4.Выводы 3 и 4 имеют одинаковый потенциал, когда на полосе нет поля.
Когда магнитное поле приложено к полосе, на выходных выводах 3 и 4 возникает выходное напряжение. Развиваемое напряжение прямо пропорционально прочности материала.
Выходное напряжение,
где,
I — ток в амперах, а B — плотность потока в Вт / м 2
С помощью выходных напряжений можно измерить как ток, так и напряженность магнитного поля.ЭДС эффекта Холла в проводниках очень мала, из-за чего ее трудно измерить. Но полупроводники, такие как германий, производят большую ЭДС, которую легко измерить с помощью прибора с подвижной катушкой.
Применение преобразователя на эффекте Холла
Ниже представлено применение преобразователей на эффекте Холла.
1. Магнитный преобразователь в электрический — Элемент с эффектом Холла используется для преобразования магнитного потока в электрический преобразователь. Магнитные поля измеряются путем помещения полупроводникового материала в измеряемое магнитное поле.Напряжение возникает на конце полупроводниковых лент, и это напряжение прямо пропорционально плотности магнитного поля.
Преобразователь на эффекте Холла занимает мало места и также выдает непрерывный сигнал о напряженности магнитного поля. Единственным недостатком преобразователя является то, что он очень чувствителен к температуре и, следовательно, требует калибровки в каждом случае.
2. Измерение смещения — Элемент с эффектом Холла измеряет смещение структурного элемента. Например — Рассмотрим ферромагнитную структуру с постоянным магнитом.
Преобразователь на эффекте Холла, расположенный между полюсами постоянного магнита. Напряженность магнитного поля на элементе эффекта Холла изменяется за счет изменения положения ферромагнитного поля.
3. Измерение тока — Преобразователь на эффекте Холла также используется для измерения тока без какого-либо физического соединения между цепью проводника и измерителем.