Що таке датчик Холла і де він використовується

Магнітні датчики Холла широко поширені в сучасних умовах і застосовуються не тільки у спеціалізованих виробах, а й у звичайній побутовій техніці. Більшість користувачів навіть не підозрюють, які чутливі елементи працюють у них у телефоні, наприклад, і що вони можуть бути встановлені не тільки в електронній апаратурі, а й у автомобілях (в автомобілі або мотоциклі). У цій статті ми розглянемо пристрій, принцип роботи та призначення датчика Холла.

Принцип дії та типи

Використання сенсорів у різних пристроях (у планшеті, зокрема) пояснюється їхньою здатністю реагувати на зміни поля та відключатися при закритті магнітної кришки чохла. Завдяки цій властивості вони встановлюються і в пральних машинах, що дозволяє контролювати швидкість обертання барабана. Якщо висловитись простою мовою – тут датчик Холла використовується як тахометр.

Історична довідка

Щоб зрозуміти принцип роботи цього елемента, знадобиться невеликий екскурс в історію. У 1879 році американський фізик Холл відкрив цікаве явище, пов'язане з поведінкою провідника зі струмом у магнітному полі. Перевірка показала, що й через поміщену між магнітами мідну пластину пропускати струм, то її бічних гранях з'являється різницю потенціалів. Виникає закономірне питання: як перевірити цю напругу в домашніх умовах?

Виявилося, що на практиці його можна виміряти мультиметром або будь-яким іншим приладом, який має відповідні межі. Те саме можна зробити будь-яким відповідним тестером або подібним до нього приладом.

Підключення вимірювача підтверджує те, що електрони, що рухаються, під дією магнітного поля відхиляються в бік (перпендикулярно напрямку їх руху).

Важливо! Величина цього відхилення чи різницю 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 засновано роботу особливого чутливого елемента, званого датчиком Холла. Розібравшись про те, як і працює у кожному конкретному пристрої, можна бути впевненим у остаточному засвоєнні його принципу дії.

Класифікація

Важливо розуміти, які бувають датчики Холла, і за яким принципом їх прийнято класифікувати. За особливостями роботи і для чого він потрібен або за призначенням, датчик Холла може мати різні виконання. Один із різновидів – аналогові прилади, що виробляють на виході безперервний сигнал.

На відміну від них цифровий елемент має лише два дискретні стани («нуль» та «одиниця»). Цей різновид приладу може бути уніполярним або мати біполярний тип. Перша з них спрацьовує при виявленні поля будь-якої полярності та відключається при його зникненні. Тобто уніполярний цифровий сенсор реагує лише на відсутність або наявність магнітної напруги. Розглянуті особливості кожного підвиду також допомагають зрозуміти, що це таке – датчик Холла.

Уніполярні сенсори перемикаються в «одиницю» лише при досягненні поля порогового рівня і не здатні визначати його наявність при слабких напруженнях. Вказана властивість – суттєвий мінус таких приладів, який помітно обмежує сферу їх застосування. Біполярний датчик спрацьовує з урахуванням полярності магнітного поля, одна з яких включає його, а інша виключає.

Умовне графічне позначення приладів цього класу наведено на фото нижче:

Пристрій та приклади використання

Найпростіша система з датчиком Холла включає до свого складу такі елементи:

  1. Постійний магніт (його функція – створення магнітного поля).
  2. Рухливий ротор з лопатями чи зубцями.
  3. Особливий стрижень із магнітного матеріалу (магнітопровід).
  4. Пластиковий корпус.

Крім цього, технічна характеристика датчика передбачає застосування мікросхем, що задіяні у вимірювальному процесі.

Зрозуміти принцип роботи цього приладу вдається, якщо ознайомитись із докладною схемою включення датчика Холла у зоні проведення вимірювань. Схема підключення та суть роботи сенсора може бути представлена ​​таким чином:

  • У зазорі, утвореному половинками магнітопроводу, переміщуються металеві лопаті ротора.
  • При їх обертанні відбувається періодичне шунтування магнітного потоку.
  • Вбудованою мікросхемою передбачено визначення нульового показника індукції (у ці моменти напруга її виході максимально).
  • По частоті таких сплесків, що підраховується тією ж мікросхемою, судять про швидкість обертання контрольованого об'єкта (рухового валу в мотоциклі, наприклад).

Щоб цей процес протікав нормально – при включенні сенсора у вимірювальний ланцюг має враховуватись цоколівка 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, що не виключає можливості його встановлення в скутері, наприклад, дозволяє застосовувати датчик Холла не тільки у складних технічних пристроях, а й у звичайній побутовій техніці.

Застосування в системі запалення та пральних машин
При використанні датчика Холла в системі запалювання автомобіля з його допомогою вдається фіксувати момент розмикання трамблера. В даному випадку він працює як аналоговий перетворювач, що визначає миті переривання бортового живлення. На цьому принципі базується його застосування в робочих модулях пральної машини, що дозволяє за швидкості обертання барабана визначати збільшення ваги білизни.

Датчики Холла встановлюються у деяких зразках вимірювальної апаратури. Найчастіше ними комплектуються безконтактні кліщі, які застосовуються для вимірювання струму у провідниках. Вбудований прилад реагує зміну електромагнітного поля, що утворюється навколо силового кабелю. Крім того, він підходить для ручки газу електровелосипеда, що дозволяє контролювати кут її повороту.

У побутових умовах

У клавіатурах комп'ютерів ці пристрої забезпечують безконтактний спосіб зняття інформації. Сенсор, що входить до складу кулера побутового ПК, здатний керувати полярністю обмоток ротора, тобто змінювати напрямок його обертання.

При використанні такого елемента в смартфоні, зокрема, він забезпечує вимкнення пристрою при поміщенні його в чохол із «магнітною» застібкою.

Розглядаючи сфери застосування датчики Холла простими словами можна сказати, що його використання в технічній сфері практично нічим не обмежене. В електронному конструкторі Ардуїно, наприклад, є набір з таким датчиком, що дозволяє практично проілюструвати ефект Холла.

Це не єдиний приклад його використання з метою навчання, що допомагає початківцям зрозуміти, як підключити і використовувати сенсори польових структур.

На закінчення відзначимо, що до недоліків датчиків Холла відносять їх чутливість до електромагнітних перешкод, які нерідко виникають у робочих ланцюгах. Крім того, використання складних електронних модулів у конструкції приладу певною мірою впливає на його надійність, дещо знижуючи її. Ці мінуси сенсора не розглядаються як його дефекти, а просто враховуються під час роботи з апаратурою.

Тепер ви знаєте, що таке датчик Холла, як він працює і навіщо потрібний. Сподіваємося, надана інформація була корисною та цікавою!

Матеріали на тему:

Ви не маєте права надсилати коментарі