ДАТЧИКИ ХОЛЛА И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Эффект Холла был открыт в 1879 г. американским ученым Эдвином Гербертом Холлом. Он занимался решением вопроса о том, зависит ли сопротивление катушки, возбуждаемой током, от наличия рядом с ней постоянного магнита. Проведя тысячи опытов, он обнаружил, что если направление магнитного поля перпендикулярно направлению тока в проводнике, то в поперечном
направлении (и к току, и к вектору индукции магнитного поля) появляется напряжение Uh, называемое напряжением
Холла (рис.1). Это напряжение определяется по следующей формуле: Uh = Rh H I sin w/d, где Rh — коэффициент Холла, который сильно зависит от материала проводника; Н — напряженность магнитного поля; I — ток в проводнике; w — угол между направлением тока и вектором индукции магнитного поля (если w = 90°, sin w = 1); d — толщина материала.

Открытие Холла потрясло современников тем, что он ухитрился измерить сверхмалые напряжения, так как использованный им материал (золотая пластинка) имел очень малый коэффициент Rh. По этой причине эффект Холла оставался лабораторным курьезом и не находил применения вплоть до середины нашего столетия, когда были открыты материалы, имеющие достаточно высокий коэффициент Rh. К этим материалам относятся: сверхчистый германий или кремний, сплав магния, цинка и кобальта, арсенид индия, антимонид индия, арсенид галлия. Чаще всего в настоящее время используется арсенид индия, так как он имеет низкий температурный коэффициент (менее — 0,1%/°С) и низкое электрическое сопротивление.

Датчик Холла по сравнению с другими датчиками имеет уникальную особенность: выходной эффект определяется произведением входных эффектов.
Благодаря этому области применения датчиков Холла обширны. Перечислим некоторые из них:
1) считывание данных с магнитных карточек;
2) датчики приближения;
3) датчики скорости вращения;
4) измерение мощности;
5) перемножители;
6) измерение магнитного поля;
7) измерение тока;
8) линейные (угловые) преобразователи;
9) магнитные головки;
10) измерение воздушных зазоров;
11) измерение температуры.

Поскольку напряжение Холла невелико, к выводам напряжения Холла обычно подключают операционный усилитель ОУ (рис.2,а).

2732892615978623786823

Если к выходу ОУ подключить триггер Шмитта (рис.2,б), то схему можно подключить к цифровым узлам. Эта схема представляет собой пороговое устройство, срабатывающее при определенном уровне напряженности магнитного поля (иногда его называют переключателем Холла).

Датчики Холла обычно используют в паре с постоянными магнитами. В варианте рис.2,б датчик срабатывает при приближении постоянного магнита на определенное расстояние. Если закрепить постоянный магнит, например, на вращающемся валу, то можно построить счетчик оборотов вала. Можно и не закреплять магнит на движущейся ферромагнитной детали. На рис.3 показана
схема взаимодействия, при которой деталь (например, лопасть винта) экранирует магнитное поле постоянного магнита. Обычно датчики Холла срабатывают при магнитном потоке 100-200 Гс.

Выпускают трехвыводные датчики Холла (рис.4,а). В корпусе датчика Холла устанавливают n-p-n транзистор с открытым коллектором. На рис.4,б показана схема подключения такого датчика Холла к логическому КМОП-элементу. На рис.4,в показана схема подключения светодиода к датчику Холла.

22743896783467812396874

Обычно ток через транзистор датчика не должен превышать 20 мА. Учитывая падение напряжения на светодиоде порядка 1,5 В, можно рассчитать сопротивление резистора: R = (12 — 1,5)В/0,02 А = 525 Ом (выбираем близкое значение из стандартного ряда 560 Ом). Для подключения мощной нагрузки необходимо установить усилитель тока. На рис.5 показано включение нагрузки в сети переменного тока через мощный симистор.

227628716241378241935

Ток управляющего электрода симистора 80 мА формируется в дополнительном транзисторе — усилителе тока.

227329565872619872136876

Обычно магнитное поле проводника с током недостаточно интенсивное для работы датчика Холла. Чувствительность
датчиков Холла составляет 1…5 мВ/Гс. Магнитная индукция проводника с током оценивается по формуле В (Гаусс) =I(А)/4пr(дюймов), где r — расстояние от оси проводника. Поэтому для измерения слабых токов применяют конструкцию рис.6, в которой проводник с током обвивает тороидальный сердечник с зазором, в зазоре устанавливают датчик Холла. При зазоре 1,5 мм магнитная индукция составит 6 Гс/А. Для измерения сильных токов (более 25 А) применяют конструкцию рис.7, в которой проводник с током пропускают через тороидальный сердечник. Материал сердечника — альсифер или (на высоких частотах) феррит.

На переключателе Холла можно построить токовое реле. Магнитное поле катушки с током замыкается через переключатель Холла (рис.8). Если порог срабатывания переключателя Холла составляет 200 Гс, то количество витков катушки для заданного тока I рассчитывают по формуле N = 33/I (А). Например, для тока 100 мА необходимо намотать 330 витков.

В табл.1 приведены параметры датчиков Холла фирмы Allegro MicroSystems,Inc.226562157142635761235877

В табл.2 приведены параметры датчиков Холла фирмы Honeywel26142814258512345123728

Литература
Конструктор № 1/2000

Добавить комментарий

Случайные статьи

  • Выключатель света с задержкой

    Главная особенность выключателя с задержкой в том что после включения света, он гаснет через 1-2 минуты, такой выключатель целесообразно устанавливать в помещениях общего пользования, например в подъездах домов. Кнопку включения освещения целесообразно совместить с открыванием двери и каждый раз когда дверь будет открываться свет будет включаться и гореть 1-2 минуты, …Подробнее...
  • TDA8922 — УМЗЧ класса D (2*25Вт)

    TDA8922 — УМЗЧ класса D (2*25Вт)

    TDA8922 — усилитель мощности звуковой частоты класса D, обладает очень высоким КПД, поэтому практически не нуждается в радиаторе охлаждения, при определенных условиях (при не большой выходной мощности) можно вообще не применять радиатор. Характеристики усилителя: Высокий КПД (около 90%) Диапазон напряжений питания от ±12,5 В до ± 30 В Сверхмалый ток покоя Малые искажения …Подробнее...
  • Псевдостерео-приставка

    Псевдостерео-приставка

    Данная приставка может найти свое применение в ТВ приемниках в которых как правило простые монофонические звуковые тракты. В основе уст-ва лежит фильтр из двойных Т-мостов, вносящим в частотную характеристику правого канала затухания на частотах 200 и 2000Гц. А в левый канал поступает разность между полным входным сигналом и сигналом правого …Подробнее...
  • Блокинг-генератор

    Блокинг-генератор — другой тип релаксационного генератора, который можно синхронизировать внешним сигналом. На рис. 1 показана схема блокинг-генератора на р-n-р-транзисторе. В этом генераторе закрытый транзистор периодически на короткий промежуток времени отпирается. В первый момент после включения источника питания коллекторный ток транзистора нарастает. Этот ток протекает через первичную обмотку трансформатора L1. Переменное …Подробнее...
  • Устройство включения ламп накаливания

    Сопротивление холодной нити лампы накаливания в 8…10 раз меньше по сравнению с сопротивлением при номинальном режиме работы, что приводит к ускоренному разрушению нити накала. Для увеличения срока службы лампы накаливания можно применить не сложное уст-во, оно ограничивает ток на несколько секунд во время включения лампы, после чего нить лампы нагревается …Подробнее...