Датчик холла принцип работы

Современные датчики обладают, обычно, щелевой конструкцией. На одной стороне щели располагается проводник, по нему пропускают электрически ток, а на другой стороне расположен постоянный магнит. Когда ток попадает в магнитном поле, на него действует сила Лоренца, если при этом в магнитное поле находиться тонкая пластинка, то на ее сторонах появиться разность потенциалов.

В зазоре между пластинкой и магнитом расположен экран. Он предназначен для замыкания силовых линий. Если его убрать, то разность потенциалов с металлической пластины будет, сниматься. Если экран расположен в зазоре, то силовые линии замкнуться через него. Ну а при прохождении экрана (в его роли часто используется – лопасть ротора) через зазор, индукция будет нулевая на микросхеме, а напряжение сгенерируется на выходе устройства.

Принцип работы позволяет применять эту конст=рукцию в виде регистрирующего устройства без механического контакта с механизмом в движении, что увеличивает срок эксплуатации по сравнению с другими похожими, но работающих на других принципах преобразователях.

Учитывая возможности современной электроники датчики Холла бывают: цифровые и аналоговые. Обычные преобразователи (аналоговые) изменяют индукцию поля. От полярности и силы магнитного поля зависит величина, которую выдает преобразователь.

Цифровые датчики отличаются полным отсутствием магнитного поля. Его принцип работы состоит в том, что датчик выдает логическую единицу, когда индукция достигает пороговой величины, а ноль, когда установленный номинал не достигнут. Большим минусом цифрового преобразователя считается его низкой чувствительность.

В качестве примера использования, на картинке ниже показана электрическая цепь бесконтактной системы зажигания автомобиля, с преобразователем Холла.

Преобразователи Холла получили широкое распространение в авиации, машиностроение, и в автомобильной электрике. Все это, благодаря высоким показателям надежности и точности, ну и достаточно низкой стоимости. В автомобиле датчик используется для контроля за положением различных узлов и механизмов.

В авиации используется возможность ориентироваться на полюса на северный и южный, поэтому его все еще используют как датчик скорости или направления движения, несмотря на GPS и Глонасс.

Эту схему можно использовать в масленых обогревателях. В случае их случайного опрокидывания датчик сформирует сигнал на отключение последнего.

Питается схема от бестрансформаторного блока питания. Выходное напряжение стабилизируется с помощью стабилитрона VD3, переменная составляющая отфильтровывается емкостью С3. Напряжение номиналом около 5 вольт поступает на первую ножку преобразователя. Когда магнит находится рядом с датчиком, его магнитное поле оказывает воздействие на преобразователь и на его третьем выходе присутствует напряжение близкое к питающему. Светодиод HL1 загорается и оптотиристор оптрона U1 открыт, что приводит к отпиранию симистора VS1 и подключению тэна обогревателя к сети переменного напряжения 220В. В случае наклона корпуса начинает поворачиваться маятник (Фото 2 3)на оси 1. На маятнике закреплен кусочек магнитной резины, от старого вентилятора (см. Фото 1). Ось с маятником закреплена на плате со стороны радиокомпонентов. Что бы маятник не слетел с оси, на его конец надеты несколько шайб, а наружная шайба припаяна.

Как только магнит отходит от датчика, магнитный поток от магнита ослабевает и в определенном положении на выходе три преобразователя напряжение будет почти нулевое. Светодиод потухнет, оптосимистор и мощный симистор закроются. Обогреватель отключится от сети. Если вернуть обогреватель в вертикальное положение, то обогреватель снова включится.

Импульсный преобразователь скорости и направления вращения преобразует величины скорость и направление вращения деталей механизма в общий электрический сигнал для последующей передачи, измерения и отображения параметров работы. Системы автоматики могут применять преобразователь для включения в петлю обратной связи. Информация, следующая от датчика, требуется для формирования сигналов в системах регулировки и стабилизации параметров перемещения различных механических узлов объекта. Применения такого преобразователя требует осуществлять контроль оборотов выходных валов редукторов, определение направления вращения от двух и выше механизмов, учет расхода жидкости и многие подобные приборы. Информация с преобразователя передается по трем проводам, с помощью которых поступает питание и идет сигнал частоты и направления вращения в фиксирующий прибор системы автоматического контроля и управления. Преобразователь может использоваться в системах автоматизации, транспортных системах и т.п.

В основе работы схемы лежит преобразование перемещения в сигнал которое выполняет микросхема с эффектом Холла SS526DT. Микросборка содержит два полупроводниковых элемента, генерирующих разность потенциалов при попадании в магнитное поле. Она позволяет вычислить скорость и направление вращения. Информация идет в схему датчика с двух выходов микросборки в цифровом виде: скорость движения соответствует частоте следования импульсов с выхода Speed, направлению соответствует логический уровень сигнала на выходе Direction.

Упрощенная конструкция датчика скорости и направления вращения.

Вращательное перемещение воспринимает вал преобразователя через зафиксированную на нем шестеренку. На валу имеется диск, в котором имеются постоянные магниты. Установлены магниты так, что их полюса чередуются для правильной работы микросборки SS526DT. Чем больше магнитов на диске, тем лучше дискретность и, поэтому, увеличивается возможность регистрации низкоскоростных перемещений. SS526DT монтируется на печатной плате, соединенной проводами с основной схемой преобразователя, элементы которой размещены на второй печатной плате.

С выхода направления следует сигнал, передающий данные о скорости оборотов за счет частоты импульсов, а данные о направлении вращения передается с помощью полярности импульсов.

Т.к в схеме имеется источника двуполярного напряжения питания выходной сигнал размахом пять вольт может иметь как отрицательную, так и положительную полярность.

Схема преобразует сигнал идущий от датчика Холла в выходной сигнал датчика скорости и направления вращения, обеспечивает нормальную нагрузочную способность по току. Для снижения вероятных помех, оказывающих воздействие на кабель импульсного датчика, сопротивление приёмника сигнала должно быть достаточно низким. Питание преобразователя осуществляется по двум проводам. Третий применяется для передачи информационного сигнала, полярность которого меняется относительно общего провода питания. Датчик Холла генерирует сигнал, передающий информацию о направлении вращения, упровляющий переключателем К1. В зависимости от уровня сигнала К1 подает К2 положительный или отрицательный уровень напряжение. Сигнал скорости управляет переключателем К2. Частота сигнала скорость, формируется К2, соответствует половине магнитов, расположенных на диске датчика.

Логические элементы усиливают сигнал направление, идущий от датчика Холла. Другие элементы управляют светодиодами оптронов, один из которых срабатывает на замыкание, а другой на размыкание. При нулевом логическом уровне сигнала Направление светодиоды оптронов не горят. Поэтому замкнуты контакты оптрона на размыкание, на контакты оптрона сигнала Скорость поступает + 5 вольт от встроенного двухполярного ИБП. При логической единице сигнал Направление через светодиоды оптронов заставляет срабатывать соответствующие цепи, выходной оптрон подключается к -5 вольт. Сигнал Скорость через усиливающий элемент следует на управление выходным оптроном. Под действием сигнала скорость с выхода преобразователя следуют импульсы, полярность которых задается сигналом Направление. Использование оптрона на выходе преобразователя дает возможность увеличить нагрузочную способность, что позволяет передавать сигнал с большим током для повышения уровня помехоустойчивости.

Для увеличения уровня помехозащищенности параллельно светодиодам рекомендуется подсоединить резисторы, увеличивающие ток, идущий по проводу “Скорость/направление”.

Сигнал Направление идет с выхода D микросборки с эффектом Холла, DA2. Единичный логический уровень Направление преобразуется инвертором DD1, в низкий на выводе 12. Светодиод VK1.2 пработает при появлении единичного логического уровня на десятом выводе DD1. Одновременно с этим блокируется работа светодиода оптрона VK1.1, так как на анод светодиода поступает напряжение нулевого логического уровня. Благодаря соединению светодиодов оптронов с логическим элементом сигнал Направление устанавливает, через какой из оптронов будет идти сигнал, с вывода 10 DD1. Сигнал скорости оборотов следует с выхода S DA2 на вход инвертора DD1. Высокий уровень импульсов, идет с вывода 10 микросхемы DD1, заставляет течь ток через сопротивление R4 и светодиод VK1.2. Функции оптронов разделяются: оптрон VK1.1 генерирует сигнал положительной полярности на третьем контакте клеммы XT1, VK1.2 – отрицательной. В схему преобразователя входит источник питания, преобразующий однополярное напряжение питания в двухполярное питание. Емкостисглаживают помехи, снижая их влияние на формирование выходного сигнала. Сопротивления R1, R2 задают выходной ток импульсного датчика. Их номинал можно перераспределить в зависимости от входной цепи приёмника для их согласования. Схема использует один сдвоенный оптрон VK1, что экономит площадь печатной платы и сформировать сигналы Скорость и Направление вращения, используя один радиоэлемент.

Материалы: http://www.texnic.ru/konstr/avtomatika/001/avtomatika058.html

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.

Все автомобильные датчики классифицируются по параметру, который они определяют. Это может быть датчик температуры, датчик массового расхода воздуха, датчик движения или датчик положения. Датчик на эффекте Холла как раз применяется для того, чтобы определять положение коленчатого или распределительного вала.

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.

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.

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:

1. Помехи — главный враг любого электромагнитного устройства. А помех в электрической цепи автомобиля более, чем достаточно.
2. Цена. Датчик, основанный на эффекте Холла дороже обычного магнитоэлектрического датчика.
3. Работоспособность датчика Холла сильно зависит от электронной схемы.
4. Микросхемы могут иметь нестабильные характеристики, что может повлиять на корректность показаний.

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.

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!

Материалы: http://avtoshef.com/datchik-kholla-princip-raboty/

Среди элементов радиоэлектроники, автоматики, а также измерительной техники, датчик Холла, принцип работы которого основан на одноименном эффекте, занимает особое место. Смысл упомянутого эффекта заключается в том, что при помещении проводника в магнитное поле появляется электродвижущая сила (ЭДС), направление которой будет перпендикулярным полю и току. Как же это используется в автомобиле?

В современных условиях происходит постоянное технологическое развитие датчиков Холла. Они отличаются надежностью, точностью и постоянством данных. Широкое распространение эти приборы получили в автомобилях и других транспортных средствах. Они обладают повышенной устойчивостью к агрессивным внешним воздействиям. Датчики Холла являются составной частью многих устройств, с помощью которых контролируется определенное состояние техники.

Во многих случаях этот прибор размещается в трамблере и отвечает за образование искры, то есть он используется вместо контактов. Нередко данный прибор применяется для слежения за током нагрузки. С его помощью производится отключение при возникновении токовых перегрузок. В случае перегревания датчика происходит срабатывание температурной защиты. Резкое изменение напряжения может иметь для устройства тяжелые последствия. Поэтому в последних моделях устанавливается внутренний диод, препятствующий обратному включению напряжения.

Датчик Холла до настоящего времени не смог заменить обычные механические переключатели. Однако в любом случае он имеет ряд значительных преимуществ. Основными из них являются отсутствие контактов, загрязнений, а также механических нагрузок. Поэтому часто можно встретить датчик Холла на скутере, применяемый в качестве составной части датчика зажигания.

Классическое устройство датчика Холла на практике – тонкий полупроводниковый листовой материал. При прохождении через него постоянного тока на краях листа образуется сравнительно невысокое напряжение. Если под прямым углом поперек пластинки проходит магнитное поле, то на краях листа происходит усиление напряжения, которое находится в прямо пропорциональной зависимости с магнитной индукцией. Датчик Холла является одной из разновидностей датчиков импульсов, создающих электрические импульсы с низким напряжением. Благодаря своим качествам, этот элемент широко применяется в бесконтактных системах зажигания.

Мы рассмотрели, какой имеет датчик Холла принцип работы, схема его пока что нам не ясна. Она включает в свой набор постоянный магнит, полупроводниковую пластину с микросхемой и стальной экран, имеющий прорези. Стальной экран через прорези осуществляет пропуск магнитного поля, благодаря чему в пластине из полупроводников начинает возникать напряжение. Сам экран не пропускает магнитного поля, поэтому, когда прорези и экран чередуются, происходит создание импульсов низкого напряжения.

При конструктивном объединении этого датчика с распределителем получается единое устройство – трамблер, выполняющий функции прерывателя-распределителя зажигания.

Когда в конструкции авто активно эксплуатируется датчик Холла, схема подключения его требует регулярных проверок и профилактического обслуживания. Главное еще и не навредить во время таких проверок, поэтому отсоединение разъема кабеля от датчика должно в обязательном порядке производиться при выключенном зажигании. Иначе элемент может просто выйти из строя, ремонтировать его нет смысла, потребуется замена.

Проверить правильность схемы можно следующим образом: при вращении коленчатого вала и, соответственно, вала распределителя должен попеременно загораться и гаснуть контрольный светодиод, указывающий на наличие сигнала. Запрещается проверять датчик с помощью обычной контрольной лампы. Особое внимание во время работы устройства следует обращать на чистоту и надежность в разъеме и контакте штекеров. Необходимо помнить, что датчик Холла нельзя использовать в обычной системе зажигания.

Материалы: http://carnovato.ru/princip-raboty-shema-datchika-holla-skutere/