Датчик холла схема и принцип работы

Принцип работы датчика Холла

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.

Схема подключения датчика Холла

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.

Схема подключения Датчика Холла для определения вертикального положения

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.

Датчика Холла для определения скорости и направления вращения

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.

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.