Загрузка...Датчик Холла
Датчик Холла
Датчики Холла представляют из себя твердотельные радиоэлементы, которые становятся все более популярными в радиолюбительской среде и разработке радиоэлектронных устройств. Они применяются в датчиках измерения положения, скорости или направленного движения. Они все чаще заменяют собой путевые выключатели и герконы. Так как такие датчики являются абсолютно герметичными и представляют из себя простой радиоэлемент, то они не боятся вибрации, пыли и влаги. То есть по сути датчик Холла простыми словами — это радиоэлемент, который реагирует на внешнее магнитное поле.
Позиционная обратная связь от датчика Холла
Обратной стороной использования датчика Холла для позиционной обратной связи является то, что они не измеряют абсолютное положение. Вместо этого они производят импульсы, которые можно подсчитать, чтобы определить, насколько далеко сдвинулся привод. Чтобы использовать эти импульсы для позиционной обратной связи, вам понадобится микроконтроллер для подсчета произведенных импульсов. Для этого вам необходимо использовать внешние контакты прерывания вашего микроконтроллера для подсчета этих импульсов по мере их возникновения. Внешние прерывания — это выводы, которые обнаруживают изменение напряжения и в нашем случае могут использоваться для обнаружения импульса напряжения от датчика Холла. Вам нужно будет свериться с таблицей данных вашего микроконтроллера, чтобы убедиться, какие выводы вашего микроконтроллера можно использовать в качестве контактов прерывания. Используя Ардуино Уно например, контакты 2 и 3 могут использоваться для внешних прерываний. После того, как вы выбрали соответствующий контакт прерывания, вы можете подключить провод выхода датчика Холла к этому контакту, а также подключить входное напряжение к 5 В и заземление к контакту заземления.
В приведенном ниже примере кода показано, как настроить прерывание в среде Arduino IDE, при котором прерывание будет срабатывать по нарастающему фронту импульса напряжения. Вы можете настроить прерывание так, чтобы оно срабатывало в разных точках изменения напряжения, и вам следует обратиться к таблице данных вашего микроконтроллера, чтобы определить доступные варианты. Последний аспект, который вам нужно сделать для настройки вашего прерывания, — это написать вашу подпрограмму обслуживания прерывания, которая является функцией, которую код будет запускать каждый раз при запуске прерывания. Эта функция должна быть короткой и выполнять только простые задачи, такие как подсчет количества импульсов от нашего датчика Холла. Функция countSteps () в приведенном ниже примере кода используется для подсчета количества импульсов от датчика Холла.
Чтобы использовать эти импульсы для определения позиционного значения, вам необходимо знать предыдущее положение линейного привода и направление, в котором движется линейный привод. Ваш микроконтроллер уже будет знать, в каком направлении вы управляете линейным приводом, поэтому вы можете просто настроить переменную для отслеживания направления привода в вашем коде, которая будет использоваться для определения того, добавляете ли вы импульсы из вашего предыдущего положения или вычитаете. После того, как вы обновите свое местоположение, вам нужно будет сбросить счетчик импульсов на ноль. В приведенном ниже примере кода показана функция, которая обновляет положение в зависимости от количества подсчитанных импульсов. Как только у вас есть положение в импульсах, вы можете преобразовать их в дюймы, используя спецификацию импульсов на дюйм вашего линейного привода. В приведенном ниже примере кода количество импульсов на дюйм хода составляет 3500.
Конструктивные особенности
Наиболее эффективными материалами для изготовления датчика считаются полупроводники арсениды галлия и индия. Чаще прибор представляет собой пленку, толщина которой не превышает 10 мкм. Датчик имеет три клеммы:
- питающая с входным напряжением 6В;
- нулевой контакт;
- выходная, с которой сигнал поступает на коммутатор.
Клемма, к которой подходит питание, широкая и занимает всю сторону прямоугольника. Выходная клемма обладает точечным электродом. В качестве нулевого контакта выступает общая точка. Так как при отсутствии магнитного поля на контактах остается небольшой сигнал, то для коррекции выходных данных применяется дифференциальный усилитель.
Микросхема наносится на подложку методом литографии, что позволяет повысить точность показаний. Обычно в различных приборах это применяется для проверки положения элементов механизма.
Интегральные датчики Холла — статья Георгия Волович
Описано применение датчиков Холла, примеры использования. Рассмотрен датчик тока на основе датчика Холла, датчик обратной связи по положению, расходомер. Приведены формулы и схемы.
Применение датчиков Холла
Ниже рассматриваются некоторые наиболее популярные применения интегральных датчиков Холла. Перечень возможных применений этих датчиков далеко не ограничивается примерами, предложенными вниманию читателя. Технические задачи, для решения которых наиболее часто используются эти датчики, описываются в книге "Hall Effect Sensing and Application Book" (Honeywell MICRO SWITCH Sensing and Control. 1999.)
- датчики тока;
- приводы переменной частоты вращения;
- схемы управления и защиты электродвигателей;
- датчики положения;
- датчики расхода;
- бесколлекторные двигатели постоянного тока;
- бесконтактные потенциометры;
- датчики угла поворота;
- детекторы ферромагнитных тел;
- датчики вибрации;
- тахометры.
Логические датчики Холла:
- датчики частоты вращения;
- устройства синхронизации;
- датчики систем зажигания автомобилей;
- датчики положения (обнаруживают перемещение менее 0,5 мм);
- счётчики импульсов (принтеры, электроприводы);
- датчики положения клапанов;
- блокировка дверей;
- бесколлекторные двигатели постоянного тока;
- измерители расхода;
- бесконтактные реле;
- детекторы приближения;
- считыватели магнитных карточек или ключей;
- датчики бумаги (в принтерах).
Датчики тока
Линейные датчики Холла могут быть использованы в составе измерителей силы тока в пределах от 250 мА до тысяч ампер. Важнейшим достоинством таких датчиков является полное отсутствие электрической связи с измеряемой цепью. Линейные датчики позволяют измерять постоянные и переменные токи, в том числе токи довольно высокой частоты. Если линейный датчик Холла расположен вблизи проводника с током, то выходное напряжение датчика пропорционально индукции магнитного поля, окружающего проводник. Величина индукции, в свою очередь, пропорциональна току.
Рис.6 Конструкция датчиков тока
Рис.7 Позиционный привод с датчиком Холла в обратной связи по положению
В простейшем случае датчик тока представляет собой конструкцию, в которой датчик Холла устанавливается около провода, по которому течёт измеряемый ток (рис. 6а). Такие датчики используются для измерения больших токов, особенно в линиях электропередач. Индукция В определяется по формуле:
где r – расстояние от центра чувствительной области датчика до оси симметрии проводника в метрах. Чувствительность датчика тока может быть значительно увеличена путём использования концентратора магнитного потока в виде магнитопровода с прорезью, в которую помещается линейный датчик Холла (рис. 6б). В этом случае индукция магнитного потока через датчик:
Линейный датчик обратной связи по положению
Линейные датчики Холла могут быть использованы во многих видах позиционных приводов. Это иллюстрируется на рис. 7, где положение перемещаемой части, на которой закреплен магнит, устанавливается автоматически таким образом, чтобы разность между сигналом регулировки положения и сигналом датчика равнялась нулю. Бесколлекторные двигатели постоянного тока отличаются от обычных двигателей постоянного тока, имеющих коллекторно-щёточный узел, прежде всего тем, что коммутация секций якорной обмотки осуществляется электронной схемой, а не механическими скользящими контактами. Поэтому такие двигатели имеют гораздо большие надёжность и ресурс, требуют меньше обслуживания, почти не создают электромагнитных помех и могут использоваться при пониженном атмосферном давлении.
Рис.8 Датчики положения ротора бесколлекторного двигателя постоянного тока
Рисунок 8 показывает, как может быть получена информация о положении ротора для управления электронным коммутатором с помощью трёх датчиков Холла. Работа двигателя этого типа, представляющего собой по существу синхронный двигатель, основана на принципе самосинхронизации. Необходимую для работы датчиков Холла конфигурацию магнитного поля создают постоянные магниты, установленные на валу ротора. Датчики считывают угловую позицию вала и передают эту информацию схеме управления, которая обеспечивает своевременное отпирание и запирание силовых ключей электронного коммутатора обмоток статора. Подобные датчики положения ротора используются и в системах векторного управления двигателями переменного тока.
Рис.9 Датчик расхода
Существуют различные методы измерения расхода с использованием цифровых датчиков Холла, но принцип у них, как правило, общий: каждое изменение магнитного потока через датчик соответствует некоторой порции жидкости или газа, прошедшей через трубопровод. В примере, показанном на рис. 9, магнитное поле создаётся постоянными магнитами, установленными на лопастях рабочего колеса. Рабочее колесо вращается потоком воды. Датчик выдаёт два импульса за оборот колеса.
Датчик холла цифровой ss41
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.
Как проверить датчик Холла
Давайте рассмотрим работу цифрового биполярного датчика Холла марки SS41. Выглядит наш подопечный вот так:
А вот здесь можно скачать даташит на этот датчик: (нажмите сюда). Итак, на первую ножку подаем плюс, на вторую – минус, а с третьей ножки уже снимаем сигнал логической единицы или нуля.
Для этого давайте соберем простейшую схемку: простой светодиод на 3 Вольта, токоограничительный резистор на 1КилоОм и, конечно же, сам датчик Холла.
Теперь цепляемся к нашей схеме от Блока питания, выставив на нем 5 Вольт. Минус на средний вывод, а плюс – на первый.
У меня под рукой оказался вот такой магнитик:
Чтобы не перепутать полюса, я пометил бумажным ценником один из полюсов магнита. Какой именно – я не знаю, так как не имею компаса, с помощью которого можно было бы узнать северный и южный полюс.
Как только я поднес магнит “красным” полюсом к датчику холла, то у меня светодиод сразу перестал гореть
Переворачиваю магнит другим полюсом и вуаля!
Если магнитик не переворачивать, то есть не менять полюса, то у нас светодиод также останется потухшим, потому как датчик у нас биполярный.
А вот и видео работы
Как вы видите на видео, мы с помощью магнита управляем датчиком Холла. Датчик Холла выдает нам два состояния сигнала: сигнал есть – единичка, сигнала нет – ноль. То есть светодиод горит – единичка, светодиод потух – ноль. Поэтому датчики Холла с логическими элементами в одном корпусе очень полюбила цифровая электроника. Их можно подцепить к микроконтроллерам и другим логическим элементам.
Применение датчиков Холла
В настоящее время область применения датчиков Холла очень обширна и с каждым годом становится все шире и шире. Вот основные применения:
Применение линейных датчиков Холла
- датчики тока
- тахометры
- датчики вибрации
- детекторы ферромагнетиков
- датчики угла поворота
- бесконтактные потенциометры
- бесколлекторные двигатели постоянного тока
- датчики расхода
- датчики положения
Применение цифровых датчиков Холла
- датчики частоты вращения
- устройства синхронизации
- датчики систем зажигания автомобилей
- датчики положения
- счетчики импульсов
- датчики положения клапанов
- блокировка дверей
- измерители расхода
- бесконтактные реле
- детекторы приближения
- датчики бумаги (в принтерах)
Заключение
Чем же так хороши датчики Холла? Если соблюдать нормальные рабочие значения напряжения и тока, то теоретически датчика хватит на бесконечное число включений-выключений. Там нет электромеханического контакта, который бы изнашивался, в отличие от геркона и электромагнитного реле. Используйте на здоровье датчики Холла в своих электронных устройствах.
| Статистика |
| Периодические поставки | | 15.09.2018, 00:12:29 |
| ЦЕНА розничная: 30руб | от 10шт: 25руб | от 100шт: 20руб | |
| Датчик Холла цифровой биполярный. | |
