Интегральные датчики Холла - статья Георгия Волович

Описано применение датчиков Холла, примеры использования. Рассмотрен датчик тока на основе датчика Холла, датчик обратной связи по положению, расходомер. Приведены формулы и схемы.

Применение датчиков Холла

Ниже рассматриваются некоторые наиболее популярные применения интегральных датчиков Холла. Перечень возможных применений этих датчиков далеко не ограничивается примерами, предложенными вниманию читателя. Технические задачи, для решения которых наиболее часто используются эти датчики, описываются в книге "Hall Effect Sensing and Application Book" (Honeywell MICRO SWITCH Sensing and Control. 1999.)

Линейные датчики Холла:

• датчики тока;
• приводы переменной частоты вращения;
• схемы управления и защиты электродвигателей;
• датчики положения;
• датчики расхода;
• бесколлекторные двигатели постоянного тока;
• бесконтактные потенциометры;
• датчики угла поворота;
• детекторы ферромагнитных тел;
• датчики вибрации;
• тахометры.

Логические датчики Холла:

• датчики частоты вращения;
• устройства синхронизации;
• датчики систем зажигания автомобилей;
• датчики положения (обнаруживают перемещение менее 0,5 мм);
• счётчики импульсов (принтеры, электроприводы);
• датчики положения клапанов;
• блокировка дверей;
• бесколлекторные двигатели постоянного тока;
• измерители расхода;
• бесконтактные реле;
• детекторы приближения;
• считыватели магнитных карточек или ключей;
• датчики бумаги (в принтерах).

Датчики тока

Линейные датчики Холла могут быть использованы в составе измерителей силы тока в пределах от 250 мА до тысяч ампер. Важнейшим достоинством таких датчиков является полное отсутствие электрической связи с измеряемой цепью. Линейные датчики позволяют измерять постоянные и переменные токи, в том числе токи довольно высокой частоты. Если линейный датчик Холла расположен вблизи проводника с током, то выходное напряжение датчика пропорционально индукции магнитного поля, окружающего проводник. Величина индукции, в свою очередь, пропорциональна току.

Рис.6 Конструкция датчиков тока

Рис.7 Позиционный привод с датчиком Холла в обратной связи по положению

В простейшем случае датчик тока представляет собой конструкцию, в которой датчик Холла устанавливается около провода, по которому течёт измеряемый ток (рис. 6а). Такие датчики используются для измерения больших токов, особенно в линиях электропередач. Индукция В определяется по формуле:

где r – расстояние от центра чувствительной области датчика до оси симметрии проводника в метрах. Чувствительность датчика тока может быть значительно увеличена путём использования концентратора магнитного потока в виде магнитопровода с прорезью, в которую помещается линейный датчик Холла (рис. 6б). В этом случае индукция магнитного потока через датчик:

Линейный датчик обратной связи по положению

Линейные датчики Холла могут быть использованы во многих видах позиционных приводов. Это иллюстрируется на рис. 7, где положение перемещаемой части, на которой закреплен магнит, устанавливается автоматически таким образом, чтобы разность между сигналом регулировки положения и сигналом датчика равнялась нулю. Бесколлекторные двигатели постоянного тока отличаются от обычных двигателей постоянного тока, имеющих коллекторно-щёточный узел, прежде всего тем, что коммутация секций якорной обмотки осуществляется электронной схемой, а не механическими скользящими контактами. Поэтому такие двигатели имеют гораздо большие надёжность и ресурс, требуют меньше обслуживания, почти не создают электромагнитных помех и могут использоваться при пониженном атмосферном давлении.

 

Рис.8 Датчики положения ротора бесколлекторного двигателя постоянного тока

Рисунок 8 показывает, как может быть получена информация о положении ротора для управления электронным коммутатором с помощью трёх датчиков Холла. Работа двигателя этого типа, представляющего собой по существу синхронный двигатель, основана на принципе самосинхронизации. Необходимую для работы датчиков Холла конфигурацию магнитного поля создают постоянные магниты, установленные на валу ротора. Датчики считывают угловую позицию вала и передают эту информацию схеме управления, которая обеспечивает своевременное отпирание и запирание силовых ключей электронного коммутатора обмоток статора. Подобные датчики положения ротора используются и в системах векторного управления двигателями переменного тока.

Рис.9 Датчик расхода

Существуют различные методы измерения расхода с использованием цифровых датчиков Холла, но принцип у них, как правило, общий: каждое изменение магнитного потока через датчик соответствует некоторой порции жидкости или газа, прошедшей через трубопровод. В примере, показанном на рис. 9, магнитное поле создаётся постоянными магнитами, установленными на лопастях рабочего колеса. Рабочее колесо вращается потоком воды. Датчик выдаёт два импульса за оборот колеса.

...дальше

Принцип действия датчика Холла
Интегральные датчики Холла
Применение датчиков Холла
Основные характеристики датчиков Холла