Датчик Холла

Датчик Холла

На самом деле в технической литературе используется официальное название датчика Холла как «Датчик положения на эффекте Холла». Принцип работы датчика Холла базируется на особенностях поведения проводника с протекающим по нему постоянным током в магнитном поле. Вследствие помещения проводника в это поле возникает разность потенциалов в поперечной плоскости. Данный эффект еще называют холловским нап­ря­же­ни­ем. Используя это свойство, конструкторами созданы датчики, причем, с учетом сов­ре­мен­ных технологий. Датчики Холла подразделяют на аналоговые (более ранняя модель) и цифровые (более современные).

Цифровые датчики Холла сигнализируют о наличии или отсутствии магнитного поля. Датчик Холла реагирует на присутствие или отсутствие определенного значения магнитной индукции. Таким образом, низкие значения магнитной индукции могут быть не зафиксированы датчиком Холла. На самом деле это не является критичной проблемой; более существенным минусом цифровых датчиков Холла становится наличие у них не­чувст­ви­тель­ных зон между порогами. По принципу работы цифровые датчики Холла можно разделить на униполярные и биполярные. Первые включаются и отключаются при изменениях значения магнитного поля. Биполярные датчики Холла чувствительны к из­ме­не­ни­ям полярности самого магнитного поля. Это значит, что при одной полярности датчик Холла включен, а при другом значении полярности выключен.

Аналоговые датчики Холла попросту способны преобразовывать индукцию в напряжение, соответственно, на измерительной шкале будут располагаться со­от­ветст­ву­ю­щие единицы напряжения, значение которых будет зависеть от полярности и силы поля. В современном автомобилестроении датчики Холла нашли широкое применение. С их помощью удается точно измерять угол, под которым находится распредвал и коленчатый вал (а это очень важно); во многих автомобилях (особенно устаревших моделях) датчики Холла используются для определения момента образования искры. Исходя из этого, для автомобилистов определение эффекта Холла можно сформулировать следующим образом: если пропустить ток через клемму «а», изготовленную из полупроводникового материала и помещенную в магнитное поле, то на клеммах «б», расположенных по бокам от клеммы «а», появится напряжение.

Однако физик Холл, наверное, не сразу узнал бы суть своего открытия в такой трактовке. Работая в университете Балтимора, Холл стал свидетелем любопытного фи­зи­чес­ко­го явления. Оказывается, если взять плоскую прямоугольную пластинку из по­лу­про­вод­ни­ко­во­го материала и подвести к узким граням ток, то на широких гранях возникает напряжение, которое варьирует в диапазоне от десятков микровольт до сотен милливольт. Долгих 75 лет (до 1954 года) данное явление демонстрировалось как занимательный опыт и не более. Все кардинально изменилось после начала промышленного производства полупроводниковых пленок, свойства которых можно было предсказать заранее. Это дало возможность создать миниатюрный датчик, включающий в себя магнит и микросхему.

Создатели данного устройства отметили сразу несколько сильных сторон своего детища:

Компактные размеры;

При любых оборотах двигателя автомобиля величина измерения не меняется, а это крайне важно для нормальной работы прибора;

Информация от датчика Холла поступает в виде неких постоянных величин без ко­ле­ба­ний и всплесков (у специалистов такой поток информации называют информацией прямоугольной формы), что немаловажно для создания стабильной системы уп­рав­ле­ния

Но совершенного в этом мире нет ничего. У датчиков Холла есть кроме достоинств и недостатки, главным из которых является его чувствительность к помехам, особенно элект­ро­маг­нит­ным, а они постоянно возникают при работе электрической цепи. Кроме того датчик Холла дороже магнитоэлектрического датчика, но на нынешнем этапе развития технологий производства благодаря масштабам данная ценовая разница практически све­де­на к нулю.

Принципиальная схема работы датчика Холла следующая. Двигаясь, лопасть ротора, изготовленная из металла, проходит через зазор. В этот момент магнитный поток начинает идти в обход (шунтируется), а, следовательно, на микросхеме индукция нулевая. В то же время сигнал на выходе имеет высокое значение относительно «массы» и имеет значение практически равное значению питания. Проверку датчиков Холла следует проводить на осциллографе. Однако можно выполнить проверку и в «полевых» условиях, то есть не снимая, прямо в автомобиле. Алгоритм проверки:

Выключить зажигание (в противном случае датчик попросту выйдет из строя);

Собрать схему (смотри рисунок);

Светодиод должен гаснуть, а затем загораться по мере движения магнита;

Категорически запрещено проверять датчик Холла при помощи контрольной лампы, это ведет к выходу из строя датчика