fon5

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 H перпендикулярно направлению тока I в проводнике, то в поперечном направлении (и к I, и к вектору индукции H) появляется напряжение Uh, называемое напряжением Холла (рис.1). Это напряжение определяется по следующей формуле:
datch holla1 Uh = Rh·Н·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 I и вектором индукции H (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 20 столетия, когда были открыты материалы, имеющие достаточно высокий коэффициент Rh.
К этим материалам относятся: сверхчистый германий или кремний, сплав магния, цинка и кoбальта, 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 сoпротивление.

datch holla2

Датчик Холла по сравнению с другими датчиками имеет уникальную осoбенность: выходной эффект определяется произведением входных эффектов. Благодаря этому области применения этих датчиков 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.
datch holla3 Поскольку напряжение Холла невелико, к выводам этого напряжения обычно подключают операционный усилитель ОУ (рис2,а). Если к выходу ОУ подключить триггер Шмитта (рис2,б), то схему можно подключить к цифровым узлам. Эта схема представляет собой пороговое устройство, срабатывающее при определенном уровне напряженности поля (иногда его называют переключателем Холла).
datch holla4 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 поле постоянного магнита. Обычно датчики Холла срабатывают при магнитном потоке 100-200 Гс.

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

datch holla5

Для подключения мощной нагрузки необходимо установить токовый усилитель. На рис.5 показано включение нагрузки в сети переменного тока через мощный симистор. Ток управляющего электрода симистора 80 мА формируется в дополнительном транзисторе - токовым усилителе.
datch holla6 Обычно поле проводника с током недостаточно интенсивное для работы датчика Холла. Чувствительность датчиков Холла составляет 1...5 мВ/Гс. Магнитная индукция такого проводника оценивается по формуле:
В (Гаусс) = I(А)/4π·r(дюймов),
где r - расстояние от оси проводника.
Поэтому для измерения слабых токов применяют конструкцию рис.6, в которой проводник обвивает тороидальный сердечник с зазором, в зазоре устанавливают датчик. При зазоре 1,5 мм индукция составит 6 Гс/А.

Для измерения сильных токов (более 25 А) применяют конструкцию рис.7, в которой провод пропускают через тороидальный сердечник. Материал сердечника - альсифер или (на высоких частотах) феррит.

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

Конструктор 2000/01

<< Предыдущая Cледующая >>

Вверх

radionet