Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
Магнітні датчики Холла широко поширені в сучасних умовах і застосовуються не тільки в спеціалізованих виробах, але і в звичайній побутовій техніці. Більшість користувачів навіть не підозрюють, які чутливі елементи працюють у них в телефоні, наприклад, і що вони можуть бути встановлені не тільки в електронній апаратурі, але і в засобах пересування (в автомобілі або мотоциклі). У цій статті ми розглянемо пристрій, принцип роботи і призначення датчика Холла.Принцип дії і типи
Використання сенсорів в різних пристроях (в планшеті, зокрема) пояснюється їх здатністю реагувати на зміни поля і відключатися при закритті магнітної кришки чохла. Завдяки цій властивості вони встановлюються і в пральних машинах, дозволяючи контролювати швидкість обертання барабана. Якщо висловитися простою мовою - тут датчик Холла використовується як тахометр.
Історична довідка
Щоб зрозуміти принцип роботи цього елемента, потрібно невеликий екскурс в історію. У 1879 році американський фізик Холл відкрив цікаве явище, пов'язане з поведінкою провідника зі струмом в магнітному полі. Перевірка показала, що якщо через вміщену між магнітами мідну пластину пропускати струм, то на її бічних гранях з'являється різниця потенціалів. Виникає закономірне питання: як перевірити цю напругу в домашніх умовах?
Виявилося, що на практиці його можна виміряти мультиметром або будь-яким іншим приладом, що має відповідні межі. Те ж саме можна зробити будь-яким підходящим тестером або подібним йому приладом.
Підключення вимірювача підтверджує те, що рухаються електрони під дією магнітного поля відхиляються в сторону (перпендикулярно напрямку їх руху).
Важливо! Величина цього відхилення або різниця потенціалів пропорційна «потужності» магнітів і силі струму через пластину.
На цій підставі Холл зробив висновок, що такий провідник - хороший засіб для вимірювання магнітного поля. На даному ефекті заснована робота особливого чутливого елемента, званого датчиком Холла. Розібравшись з тим, як він працює в кожному конкретному пристрої, можна бути впевненим в остаточному засвоєнні його принципу дії.
Класифікація
Важливо розуміти, які бувають датчики Холла, і за яким принципом їх прийнято класифікувати. За особливостями роботи і тому для чого він потрібен або за призначенням, датчик Холла може мати різні виконання. Одна з різновидів - аналогові прилади, що виробляють на виході безперервний сигнал.
На відміну від них цифровий елемент має тільки два дискретних стану ( «нуль» і «одиниця»). Цей різновид приладу може бути уніполярної або мати біполярний тип. Перша з них спрацьовує при виявленні поля будь-якої полярності і відключається при його зникненні. Тобто уніполярний цифровий сенсор реагує тільки на відсутність або наявність магнітної напруженості. Розглянуті особливості кожного з підвидів також допомагають зрозуміти, що це таке - датчик Холла.
Уніполярні сенсори перемикаються в «одиницю» лише при досягненні полем порогового рівня і не здатні визначати його наявність при слабких напряженностях. Зазначене властивість - істотний мінус таких приладів, помітно обмежує сферу їх застосування. Біполярний датчик спрацьовує з урахуванням полярності магнітного поля, одна з яких включає його, а інша - вимикає.
Умовне графічне позначення приладів цього класу наведено на фото нижче:
Пристрій і приклади використання
Найпростіша система з датчиком Холла включає до свого складу такі елементи:
- Постійний магніт (його функція - створення магнітного поля).
- Рухомий ротор з лопатями або зубцями.
- Особливий стрижень з магнітного матеріалу (магнітопровід).
- Пластиковий корпус.
Крім цього, технічна характеристика датчика передбачає застосування мікросхем, задіяних в вимірювальному процесі.
Зрозуміти принцип роботи цього приладу вдається, якщо ознайомитися з докладною схемою включення датчика Холла в зоні проведення вимірювань. Схема підключення і суть роботи сенсора може бути представлена наступним чином:
- У зазорі, утвореному половинками муздрамтеатру, переміщаються металеві лопаті ротора.
- При їх обертанні відбувається періодичне шунтування магнітного потоку.
- Вбудованою мікросхемою передбачено визначення нульового показника індукції (в ці моменти напруга на її виході максимально).
- За частотою таких сплесків, підраховують тієї ж мікросхемою, судять про швидкість обертання контрольованого об'єкта (рухового валу в мотоциклі, наприклад).
Щоб цей процес протікав нормально - при включенні сенсора в вимірювальну ланцюг повинна враховуватися цоколевка даного зразка (вона буває різною).
Узагальнюючи розглянуту схему, слід припустити, що датчики цього класу здатні вимірювати швидкість обертання коленвала будь-якого засобу, що рухається. Універсальність сенсора, яка не виключає можливості його установки в скутері, наприклад, дозволяє застосовувати датчик Холла не тільки в складних технічних пристроях, а й у звичайній побутовій техніці.
Застосування в системі запалювання і пральних машинах
При використанні датчика Холла в системі запалювання автомобіля з його допомогою вдається фіксувати момент розмикання трамблера. В даному випадку він працює як аналоговий перетворювач, який визначає миті переривання бортового харчування. На цьому ж принципі базується його застосування в робочих модулях пральної машини, що дозволяє по швидкості обертання барабана визначати збільшення ваги білизни.
Датчики Холла встановлюються і в деяких зразках вимірювальної апаратури. Найчастіше ними комплектуються безконтактні кліщі, які застосовуються для виміру струму в провідниках. Вбудований прилад реагує на зміну електромагнітного поля, що утворюється навколо силового кабелю. Крім того, він підходить для ручки газу електровелосипеда, дозволяючи контролювати кут її повороту.
У побутових умовах
У клавіатурах комп'ютерів ці прилади забезпечують безконтактний спосіб зняття інформації. Сенсор, що входить до складу кулера побутового ПК, здатний управляти полярністю обмоток ротора, тобто міняти напрям його обертання.
При використанні такого елемента в смартфоні, зокрема, він забезпечує вимикання пристрою при приміщенні його в чохол з «магнітної» застібкою.
Розглядаючи сфери застосування датчики Холла простими словами можна сказати, що його використання в технічній сфері практично нічим не обмежена. В електронному конструкторі Ардуіно, наприклад, є набір з таким датчиком, що дозволяє на практиці проілюструвати ефект Холла.
Це не єдиний приклад його використання в цілях навчання, що допомагає початківцям користувачам зрозуміти, як підключити і використовувати сенсори польових структур.
На закінчення відзначимо, що до недоліків датчиків Холла відносять їх чутливість до електромагнітних завад, нерідко виникають в робочих колах. Крім того, використання складних електронних модулів в конструкції приладу в якійсь мірі впливає на його надійність, кілька знижуючи її. Ці мінуси сенсора не розглядаються як його дефекти, а просто враховуються при роботі з апаратурою.
Тепер ви знаєте, що таке датчик Холла, як він працює і навіщо потрібен. Сподіваємося, надана інформація була для корисної та цікавої!
Матеріали по темі:
- Що таке тензодатчик і як він улаштований
- Для чого потрібні кінцеві вимикачі
- Чим відрізняється змінний струм від постійного