Цифровые датчики Холла могут быть биполярными или монополярными. В первом случае устройство включается и выключается путем изменения полярности. В последнем случае активация происходит при появлении поля, а деактивация — в результате снижения индукции.
Датчики Холла: принцип работы, типы, применение, как проверить
Электромагнитные устройства, известные как датчики Холла («датчики Холла»), используются во многих устройствах и механизмах. Однако чаще всего они используются в автомобильной промышленности. Практически во всех моделях отечественного автопрома (например, ВАЗ 2106, 2107, 2108) бесконтактная система зажигания бензинового двигателя управляется этим датчиком. В результате отказ может привести к серьезным проблемам в работе двигателя. Чтобы избежать неправильной диагностики датчиков, необходимо понимать, как они работают, как их производят и как их тестируют.
Датчики зажигания основаны на эффекте Холла, названном в честь американского физика, открывшего это явление в 1879 году. Подав постоянное напряжение на один конец прямоугольной пластины (A и B на рис. 1) и поместив ее в магнитное поле, Эдвин Холл обнаружил разность потенциалов на двух других концах (C и D).
Рисунок 1: Демонстрация эффекта Холла.
Согласно законам электродинамики, силы Лоренца действуют на носители заряда, которые, в свою очередь, вызывают разность потенциалов. Напряжение UТенденция развития зала довольно мала, от 10 мкВ до 100 мВ, в зависимости от силы тока и напряженности электромагнитного поля.
До середины прошлого века это открытие не находило серьезного технического применения, пока не были получены свойства, необходимые для изготовления полупроводников на основе кремния, сверхчистого германия и арсенида мышьяка. Это открыло возможность создания небольших датчиков, способных измерять как напряженность поля, так и ток, протекающий по проводнику.
Типы и сфера применения
Элементы, к которым применяется эффект Холла, могут быть разными, но их можно разделить на два основных типа.
- 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.
Обратите внимание, что цифровой тип включает следующие варианты.
- 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 представляют собой компоненты с тремя выводами, два из которых управляются биполярным или монополярным источником питания, а третий является сигнальным.
Пример использования аналогового элемента
В качестве примера рассмотрим датчик тока на основе эффекта Холла.
Упрощенная схема датчика тока с эффектом Холла
Примечание:.
- А – проводник.
- В – незамкнутое магнитопроводное кольцо.
- С – аналоговый датчик Холла.
- D – усилитель сигнала.
Принцип работы этого устройства очень прост. Ток, протекающий через проводник, создает электромагнитное поле, датчик измеряет его величину и полярность и выдает соответствующее напряжение UDTкоторый подается на усилитель, а затем на экран. https://www.youtube.com/watch?v=fmLs9WsKx3I
Устройство названо в честь его создателя, ученого Эдвина Холла. Открытие, сделанное ученым в 1879 году, было действительно фундаментальным и использовалось не только в автомобильной промышленности. Физики открыли явление магнетизма тока, которое, по сути, представляет собой разницу между воздействием магнитного поля на свойства проводника, подключенного к электричеству.
История появления датчика
Все началось с работы Эдвина Холла, который в 1878 году обнаружил явление, получившее впоследствии свое название. Основная идея проста. Когда проводник, проводящий электричество, подвергается воздействию магнитного поля, на его двух концах возникает разность напряжений. Когда ток течет перпендикулярно магнитному полю.
Это явление называют общим эффектом Холла, поскольку существуют и другие явления, основанные на взаимодействии между проводником, током и магнитным полем.
В результате, датчики, функция которых основана на явлении Холла, являются лишь одним из типов современных магнитометров. Существуют различные типы датчиков, в которых используется приемная индуктивная катушка. Они могут вращаться или реверсировать и могут использовать шкалу или пружину для измерения интенсивности магнитного поля. Магнитные поля также можно обнаружить, используя визуальные свойства материалов или явлений, такие как явления Керра или Фарадея.
Существуют также очень специфические датчики, которые можно охарактеризовать как экзотические. Они основаны на измерении координации протонов в богатых водородом соединениях и материалах, таких как парафины, или на измерении энергетического состояния молекул газа, таких как Цезий. Некоторые датчики оснащены сверхпроводящими катушками.
Однако датчики на основе эффекта Холла являются самыми дешевыми, самыми маленькими и более практичными. Как упоминалось выше, небольшие датчики Холла используются в клавиатурах. Трудно представить себе клавиатуру со сверхпроводящими датчиками, установленными в нижней части клавиш.
Датчики Холла идеально подходят для создания систем управления скоростью во всем — от холодильников до двигателей машин. Датчики использовались в видеокамерах и кассетах высокого класса. Примером может служить Vega MP122.
- Работа цифрового компаса, который применятся в навигационных программах и помогает повышать скорость позиционирования.
- Оптимизация взаимодействия девайса с разными аксессуарами, например, магнитными чехлами.
- Применение датчика в моделях с раскладной конструкцией, для включения и отключения экрана при открывании или закрывании крышки.
Как это работает?
В Интернете есть много видеороликов, объясняющих природные принципы, лежащие в основе феномена Холла. Но вы можете понять это и без видео — здесь все относительно просто. Представьте себе проводник такого же размера и формы, как банкнота. Левая и правая стороны связаны с непрерывным источником питания, проходящим через проводник. Если проводник цел и отсутствует эффект магнитного поля, напряжение в верхней и нижней части проводника будет практически нулевым.
Однако, если магнитное поле возникает под прямым углом к потоку тока, на электроны и дырки в проводнике действуют силы Лоренца. Частицы начинают обходить. В результате электроны концентрируются на одной стороне трубопровода, а на другой нет.
С помощью мультиметра можно измерить напряжение в верхней и нижней части проводника. При снятии магнитного поля напряжение снова становится почти нулевым.
В устройствах, где используется эффект Холла, добавляется отдельная схема, обычно усилитель напряжения Холла. Возможно, имеется регулятор поляризационного напряжения. Датчики с цифровым выходом имеют компараторы и выходные транзисторы.
Все датчики — разные
Существует две основные разновидности датчиков Холла. Цифровые датчики различают на эксклюзивные датчики и биполярные датчики. А также аналоговые датчики.
Если датчики Холла будут использоваться в проекте, необходимо детально изучить их основные функции. Датчики имеют ограниченный диапазон частот, некоторые из них могут быть очень дорогими. Например, устройство Melexis имеет частоту 250 кГц, что гораздо выше, чем у большинства аналогичных систем. Они работают только при напряжении 5 В и токе 15 мА.
Из примера технического паспорта видно, что существует две версии этого датчика — 7,5 мт (Millitesla) и 20 мт. Также доступна версия 60 мт.
Датчики Холла могут быть интегрированы в электронные схемы. Например, ESP32 имеет собственный датчик Холла, как показано на видео выше.
Направление этого отклонения также зависит от полярности магнитного поля. Обнаружено, что электроны имеют различную плотность на разных сторонах бляшки, что приводит к различной динамике. Обнаруженное явление называется явлением Холла.
Зачем нужен датчик Холла в смартфоне
Датчик используется для выполнения трех важных функций. Во-первых, для стабильной работы GPS и определения положения. Он ускоряет определение положения на навигационной карте, обеспечивает точную работу системы и отсутствие длительных задержек при активации навигационной карты. Какую карту лучше использовать? Читайте яндекс.дзен!
Датчики Холла помогают в работе с GPS
Самым ярким примером повседневного использования датчиков Холла являются смартфоны или планшеты с магнитными карманами, ступенями и клавиатурами. Это, пожалуй, самое важное преимущество, которое анализируется ниже. Умные чехлы для iPad основаны именно на этом принципе, делая их более умными (и более дорогими).
Третья особенность также важна. Датчики Холла позволяют складывать смартфоны и ноутбуки. Это используется в мобильных телефонах и слайдерах, а теперь встречается в новых складных смартфонах Samsung. Интеллектуальный датчик расположен на одной части телефона, а другой датчик имеет небольшой магнит, расположенный прямо над датчиком. Когда телефон закрыт, датчик становится активным и может выполнять такие действия, как завершение вызова или закрытие приложения. В ноутбуках датчик Холла также помогает аналогичным образом — если крышка закрыта, операционная система переводит компьютер в режим подавления или ожидания.
Как работает магнитный чехол
На рынке представлено множество карманов для смартфонов, но магнитные чехлы, которые автоматически отключают или активируют экран смартфона, всегда пользуются спросом, особенно это касается смарт-кейсов для iPad. Как это работает. Экран блокируется или активируется по реакции датчика Холла смартфона на приближающийся магнит и скрывается в крышке корпуса. При открытии крышки экран активируется, так как интенсивность излучения снижается.
Хорошо известные чехлы для Samsung Galaxy работают с датчиком помещения
Датчик комнаты очень удобно располагается в карманах с небольшим вырезом для управления устройствами воспроизведения или вызова звонков. Это позволяет использовать некоторые функции без необходимости открывать чехол, например, читать уведомления из бесед Telegram или смотреть время. Как это работает? В зависимости от наличия или отсутствия высокого магнитного поля смартфон может оставлять экран активным или подсвечивать только необходимую область экрана. Кстати, магнит, установленный в самом чехле, не повреждает смартфон.
Как проверить датчик Холла в смартфоне
Почти все современные смартфоны оснащены этим датчиком. Если вы сомневаетесь, поддерживает ли ваш телефон эту функцию, посетите веб-сайт производителя и найдите документацию по модели или воспользуйтесь утилитой AIDA64 и проверьте раздел «Датчики».
Интеллектуальные чехлы для iPad — идеальное применение для датчиков Холла
При покупке смартфона спросите, имеются ли магнитные карманы для смартфона. Если они присутствуют, в вашем телефоне определенно есть датчик Холла. Еще один способ вручную контролировать наличие датчика — взять небольшой магнит и поместить его на экран смартфона. Он должен стираться при приближении к экрану и загораться, когда вы убираете магнит.
Датчики Холла являются одними из самых известных датчиков для смартфонов, используемых повсеместно. Иногда мы даже не подозреваем, что за такой простой вещью скрывается огромное научное открытие.
Спектр применения датчиков Холла очень широк. Они используются в схемах, не требующих контакта. В автомобилях датчики Холла могут использоваться для измерения угла поворота распределительного или коленчатого вала, а также могут применяться в системе зажигания для указания момента появления искры.
Как работает датчик Холла и как он устроен?
В ходе своего исследования Холл обнаружил, что когда пластина намагничивается и активируется, электроны отскакивают от нее. Поток магнитных частиц движется перпендикулярно этому движению. Направление, в котором отклоняются электроны, напрямую зависит от полярности магнитного поля. Это означает, что разные стороны металлической пластины имеют разную плотность электронов.
Холл взял прямоугольник металла и поместил его в магнитное поле, тем самым приложив энергию к узкой поверхности проводника и определив напряжение на более широкой поверхности.
По мере совершенствования технологий этот принцип стал основой для устройств. Обычно так называют имя человека, открывшего это явление.
Схема счетчика выглядит следующим образом.
- Сквозь пластины устройства проходит электричество.
- В магнитном поле образуется разница потенциалов. Затем она постепенно выравнивается с помощью постоянного магнита. Сила тока на выходе при этом может различаться.
- Когда на вход прибора поступает сигнал, формируется постоянный импульс, имеющий прямоугольную форму. Этот импульс видим только на осциллографе.
Аналоговые и цифровые измерительные приборы. Аналог преобразует магнитную индукцию в электричество. Сила потока зависит от величины магнитного поля.
Эта конструкция не используется в более новых машинах — она устарела. Самогенерация цифровых устройств достигается только в том случае, если величина магнитного поля превышает определенные пределы. Если магнитное поле очень слабое, устройство не станет активным. В старых автомобилях для питания свечи зажигания использовался датчик.
Конструкция комнатного датчика выглядит следующим образом.
- магнитная основа;
- роторная лопатка;
- провод для прохождения магнитного потока;
- корпус из пластика;
- электронная микросхема;
- контактная система.
Всего три контакта к контроллеру. Первый подключен к земле. Второй контакт необходим для подключения напряжения 6 вольт. Третий контакт посылает импульсы на выключатель.
Достоинства устройства
Комнатные датчики имеют множество преимуществ. Главная из них — отсутствие контактов и последующая надежность. Во время работы между ними нет места для трения. Датчики содержат только твердотельную электронику.
Виброустойчивость и вибропрочность также высоки. Он может работать с широким диапазоном магнитных частот до 100 кГц. Не выходит из строя в экстремальных температурных условиях — выдерживает от +150°C до -40°C. Благодаря датчику значительно повышается производительность системы двигателя.
Производители автомобилей обычно используют датчики для контроля скорости вращения осей и колес. Они также используются в двигателях непрерывного действия для определения положения постоянных магнитов.
Датчики Холла повышают производительность и срок службы систем двигателя. Они отвечают за коммуникацию машинной системы. Производственная функция устройства зависит от назначенной функции. Устройство необходимо время от времени контролировать. Обычно контролируется с помощью осциллографа.
Что такое автомобильный трамблер? Распределение зажигания и момент зажигания в старых бензиновых двигателях контролируются распределителем. Также известен как распределитель зажигания.
Датчики леса: как контролировать и заменять датчики выхлопаДатчики выхлопа — это небольшая или умеренная принадлежность, но их работа крайне важна. Неконтролируемая стрельба позволяет двигателю выключиться в нулевые часы.
Датчик уровня топлива, Mercedes cleaning fuel level sensor (FLS) или fuel gauge, — это устройство, которое измеряет количество (объем или вес) топлива в топливном баке и отображает данные на приборной панели. Он устанавливается на баке — в зависимости от конструкции автомобиля он может быть встроен в указатель уровня топлива.
Микропроцессорное зажигание (электронное): работа, устройство и принципы работыВ чем суть микропроцессорной (электронной) системы зажигания? По каким критериям функционирует система? Как можно заполнить MPSS?
9-04-2017, 23:40 0 Системы зажигания с микропроцессорами (электронные): назначение, структура и принципы работы
Как расход топлива зависит от работы аудитора системы автомобиля? После покупки нового автомобиля и опробования новых ощущений владельцы рано или поздно начинают обращать внимание на расход топлива, сравнивая данные в своем Паспорте с реальной ситуацией. Даже начинающие водители знают, как влияет давление в шинах или состояние свечей зажигания на эти показатели.
Опытные водители знают, насколько важен кислород для сгорания топлива. Это связано с тем, что кислород определяет оптимальный состав смеси и, следовательно, производительность двигателя и показатели выбросов. Кислородный баланс контролируется неразличимым устройством (лямбда-датчик, необходимый
