Понятие и применение эффекта холла

Содержание:

Способы диагностики работоспособности
Формулы и расчёты
Первый датчик Холла
The Lekker Magnet Switch
Способы диагностики работоспособности
Квантовый эффект Холла
Пример конфигурации на базе линейки измерительных приборов Keithley
Способы использования явления
4Значения с аналогового каналадатчика Холла 49E
Преимущества и недостатки
Принцип действия и типы
Особенности датчика
- Для чего нужен щелевой датчик Холла в автомобилях
- Достоинства устройства и его применение

Способы диагностики работоспособности

При обнаружении некорректной работы датчиков Холла необходимо прозвонить цепи тестовым прибором. Проверка позволяет убедиться в неисправности сенсора или обнаружить другие поломки. Датчики систем зажигания проверяют путем замыкания контактов колодки или имитацией движения распределительного диска через рабочий зазор сенсора. Некоторые владельцы для теста используют самодельные приборы на базе контроллеров Arduino.

Проверка мультиметром

Для тестирования необходимо взять цифровой прибор и переключить устройство в режим замера постоянного напряжения. Затем следует выполнить подключение щупов к сигнальным контактам и включить датчик (например, прокрутить коленчатый вал мотора стартером). Нужные пины в разъеме определяют опытным путем или по схеме. Исправный сенсор подает импульсы напряжением от 0,4 до 11 В. Поломанный датчик не срабатывает при прокручивании индикаторного кольца. Напряжение между корпусом датчика и кузовом автомобиля должно равняться 0 В.

Для проверки индуктивных датчиков с 2 проводами необходимо выставить тестовый прибор в режим определения переменного напряжения. После включения зажигания следует проверить показания мультиметра (прокручивать вал мотора стартером не требуется). Для теста первый щуп прибора прикладывают к кузову, а второй – к контактам в колодке датчика. На исправном сенсоре вольтметр покажет напряжение на каждом выводе. Если сигнал отсутствует хотя бы на 1 пине, то датчик неисправен.

Альтернативный метод проверки 2-контактного сенсора предусматривает тестирование на работающем двигателе. Необходимо аккуратно установить щуп в разъеме датчика, а второй приложить к болту на кузове машины. Прибор должен показывать плавающее значение напряжения (в диапазоне от 0 до 5 В, значение зависит от модификации сенсора). При отсутствии сигнала датчик неисправен.

Мультиметр тестирует датчик холла в режиме замера напряжения.

Создание имитации

Методика подходит только для проверки трамблеров. Для тестирования необходимо отсоединить штекер проводки и замкнуть контакты куском провода, предварительно изучив распиновку колодки.

Можно протестировать устройство другим способом:

Снять крышку с трамблера и уложить металлический наконечник рядом с элементом кузова (например, любой шпилькой на двигателе).
Включить систему зажигания и провести стальной пластиной через воздушный зазор датчика, имитируя работу распределителя. Толщина элемента будет влиять на показания, поэтому требуется подобрать планку, соответствующую по габаритам штатному диску. Если датчик исправен, то между контактом и болтом будет проскакивать искра.

Замена рабочим датчиком

Если в автомобиле или гараже имеется запасной датчик, то замена элемента позволяет быстро уточнить состояние старого сенсора. Для выполнения работ понадобится разобрать узел (например, распределитель зажигания) либо отвернуть крепежные болты или винты. Допускается устанавливать только совместимый датчик, при использовании детали другой модели сигнал будет ошибочным из-за неправильного зазора между магнитом и микросхемой.

Замена рабочим датчиком позволяет уточнить состояние сенсора.

Проверка сопротивления

Для проведения тестирования понадобится самодельный прибор, состоящий из последовательно соединенных светодиода и резистора сопротивлением 1–1,5 кОм. Для удобства использования к ножке сопротивления и выводу индикатора следует припаять отрезки медного многожильного провода.

Инструкция:

Открыть крышку трамблера и снять колодку с датчика.
При включенном зажигании проверить наличие напряжения в цепи питания. Замер выполняют вольтметром, подключенным к точкам 1 и 3 на сенсоре. При исправной проводке прибор покажет 11,5–12 В.
Подсоединить тестовый прибор для определения полярности. Светодиод устроен таким образом, что свечение возникает только при корректной коммутации.
Подключить вывод от клеммы № 2 в соответствии со схемой, а затем прокрутить силовой агрегат стартером. При исправном датчике лампа будет мигать с частотой, соответствующей интенсивности вращения задающего диска. Если индикатор не загорается или включается через раз, то датчик считается неисправным и требует замены.

Формулы и расчёты

Поскольку данный эффект базируется на силе Лоренца, то именно с её определения и начинается математическое описание возникшей разницы потенциалов. Сила Лоренца определяется из следующего выражения:

F_л=qvB, где:

q — заряд частицы;
v — скорость движения частиц;
B — внешнее магнитное поле.

Электрическое поле, сформированное образовавшимися на гранях проводника зарядами, тоже влияет на движущиеся в сечении электроны. Сила этого влияния описывается так:

F_эл=qE, где:

q — заряд частицы;
E — напряжённость внутреннего электрического поля.

Когда разность потенциалов уравновешивает магнитное поле, система считается стабильной. При этом соблюдается условие F_л= F_эл. Следовательно, верны и два следующих утверждения:

qvB= qE

E=vB

Скорость электронов обычно определяется с помощью формулы плотности тока:

j=qnv; v=j/qn, где:

q — заряд частицы;
n — кол-во частиц на единицу объёма.

Теперь электрическое поле E можно описать с помощью выражения:

E=jB/qn

Найдём разность потенциалов:

U_н=dE=djB/qn, где d — толщина проводящей пластины.

Упростить данное выражение можно с помощью так называемой «постоянной Холла», которая имеет вид R=1/qn. Окончательная формула разности потенциалов примет вид:

U_н=RdjB

То есть, разность потенциалов прямо пропорциональна толщине проводника, магнитной индукции и плотности тока.

Первый датчик Холла

Первый датчик Холла сконструирован профессором Роуландом. В той же форме, в которой устройство применяется поныне. Видя, что опыты Эдвина (и его собственные) не приводят к результату, лектор предложил старую модель эксперимента, проделанного годами ранее (описана конструкция датчика Холла):

В электрическую цепь включается проводящий диск (либо пластина другой формы).
При помощи гальванометра находятся две эквипотенциальные точки по бокам фигуры.
Включается электромагнит, линии напряжённости поля которого лежат в перпендикулярной диску плоскости.
Фиксируются изменения показаний гальванометра.

Предполагалось засечь признаки изменений при изменении условий протекания тока. В эксперименте использовался датчик Холла в нынешнем исполнении, но опыт не удался. Принято считать, что виновата слишком большая толщина диска. Профессор довёл это до сведения Эдвина и высказал мнение, что ситуация поправима, если использовать тонкий золотой лист, смонтированный на стеклянном основании (для исключения деформации металла полем). Поставленный 28 октября опыт полностью удачный, удалось зафиксировать стабильное отклонение иглы гальванометра при действии магнитного поля на пластинку с током.

И хотя движение оказывалось перманентным, быстро пропадало, нельзя было отнести это на магнитную индукцию (из опытов Фарадея). Быстро исключили погрешность, вносимую поле электрических соленоидов. На горизонте явно маячило открытие. Замечательно, что при изменении полярности магнита эффект инвертировался. Для установления количественных зависимостей аппарат слегка усовершенствовали:

Прочный контакт источника питания обеспечивался с каждой стороны пластинами латуни, хорошо отполированными и тщательно припаянными к золоту (9х2 см).
В центре остался чистый металл: область длиной 5,5 см и по всей ширине. Здесь через золото проходили линии магнитного поля.
Контакты высокоомного гальванометра Томсона подходили по краям, равноудалённо от латунных пластин.

Результаты измерений Холла

В ходе эксперимента измерялись магнитное поле соленоидов, токи через пластину и гальванометр. Результат оформлялся в виде таблицы, представленной на рисунке, показывающей, что Эдвину Холлу удалось получить первые закономерности. Это случилось 12 ноября 1879 года. Несмотря на то, что выражение справа имеет значения, отличающиеся на 8%, очевидно, что порядок цифр одинаковый. А отклонения спишем на погрешности экспериментаторов и оборудования.

Точные значения важны далеко не всегда. Сегодня датчики Холла активно применяются в качестве индикаторов отсутствия или наличия магнитного поля. К примеру, в клавиатурах или двигателях стиральных машин.

The Lekker Magnet Switch

The Lekker switch is a Hall Effect keyboard switch for analog input made by Wooting. It’s made with analog input and simplicity in mind. The goal is to make it easy for any (small) keyboard maker to integrate it into their keyboard design for analog input.

It’s at the time of writing only available in one variant with more variants in the pipeline.. The Lekker Linear65.

Key end force:	65cN
Perk:	Linear
Analog:	Yes, full range
Lifespan:	100,000,000 clicks
Debounce:	0.03ms
Tactile feedback:	No
Audible feedback:	No
Total travel distance:	4mm
Actuation point:	0.1 – 3.8mm (beta specs)
Reset point:	0.1 – 3.8mm (beta specs)
Keycap stem:	MX (cross)
Mount:	Plate mounted
Hot-swappable:	Yes

The Lekker switch uses a custom made Hall Effect sensor; optimized for reading a consistent analog input signal over the entire switch range. The magnet in the lekker switch is calibrated with the sensor.

To further improve the analog input signal, we leveraged our custom firmware. Wooting’s firmware smoothens and translates the input into useable digital data. Wooting’s firmware supports the Wootility that comes with all Wooting keyboards.

This allows unique keyboard features such as:

Incremental movement control in PC games, just like a joystick controller.
Multiple key actions at different points of a keystroke (Dynamic keystroke)
Adjustable actuation point over the analog range

The alternative is using Wooting’s open-source Analog SDK to connect the analog input with an application.

If you’re a keyboard maker/manufacturer and would like to make your own analog input keyboard using Lekker switches, you can contact Wooting direct on social@wooting.io.

Способы диагностики работоспособности

Проверка мультиметром

Мультиметр тестирует датчик холла в режиме замера напряжения.

Создание имитации

Можно протестировать устройство другим способом:

Снять крышку с трамблера и уложить металлический наконечник рядом с элементом кузова (например, любой шпилькой на двигателе).
Включить систему зажигания и провести стальной пластиной через воздушный зазор датчика, имитируя работу распределителя. Толщина элемента будет влиять на показания, поэтому требуется подобрать планку, соответствующую по габаритам штатному диску. Если датчик исправен, то между контактом и болтом будет проскакивать искра.

Замена рабочим датчиком

Замена рабочим датчиком позволяет уточнить состояние сенсора.

Проверка сопротивления

Инструкция:

Открыть крышку трамблера и снять колодку с датчика.
При включенном зажигании проверить наличие напряжения в цепи питания. Замер выполняют вольтметром, подключенным к точкам 1 и 3 на сенсоре. При исправной проводке прибор покажет 11,5–12 В.
Подсоединить тестовый прибор для определения полярности. Светодиод устроен таким образом, что свечение возникает только при корректной коммутации.
Подключить вывод от клеммы № 2 в соответствии со схемой, а затем прокрутить силовой агрегат стартером. При исправном датчике лампа будет мигать с частотой, соответствующей интенсивности вращения задающего диска. Если индикатор не загорается или включается через раз, то датчик считается неисправным и требует замены.

Квантовый эффект Холла

Впервые необычный (англ. unconventional) квантовый эффект Холла наблюдали в работах, где было показано, что носители в графене действительно обладают нулевой эффективной массой, поскольку положения плато на зависимости недиагональной компоненты тензора проводимости соответствовали полуцелым значениям холловской проводимости ν=±(|n|+12){\displaystyle \nu =\pm (|n|+1/2)} в единицах 4e2h{\displaystyle 4e^{2}/h} (множитель 4 появляется из-за четырёхкратного вырождения энергии), то есть

σxy=±4e2h(|n|+12){\displaystyle \sigma _{xy}=\pm {\frac {4e^{2}}{h}}\left(|n|+{\frac {1}{2}}\right)}.

Это квантование согласуется с теорией квантового эффекта Холла для дираковских безмассовых фермионов. Сравнение целочисленного квантового эффекта Холла в обычной двумерной системе и графене смотрите на рисунке 1. Здесь показаны уширенные уровни Ландау для электронов (выделение красным цветом) и для дырок (синий цвет). Если уровень Ферми находится между уровнями Ландау, то на зависимости холловской проводимости σxy{\displaystyle \sigma _{xy}} наблюдается ряд плато. Эта зависимость отличается от обычных двумерных систем (аналогом может служить двумерный электронный газ в кремнии, который является двухдолинным полупроводником в плоскостях эквивалентных {100}, то есть тоже обладает четырёхкратным вырождением уровней Ландау и холловские плато наблюдаются при ν=4|n|{\displaystyle \nu =4|n|}).

Квантовый эффект Холла (КЭХ) может использоваться как эталон сопротивления, потому что численное значение наблюдаемого в графене плато равное h2e2{\displaystyle h/2e^{2}} выполняется с хорошей точностью, хотя качество образцов уступает высокоподвижному ДЭГ в GaAs, и, соответственно, точности квантования. Преимущество КЭХ в графене в том, что он наблюдается при комнатной температуре (в магнитных полях свыше 20 Т). Основное ограничение на наблюдение КЭХ при комнатной температуре накладывает не само размытие распределения Ферми-Дирака, а рассеяние носителей на примесях, что приводит к уширению уровней Ландау.

p-n переход

Из-за отсутствия запрещённой зоны в графене в структурах с верхним затвором можно сформировать непрерывный p-n переход, когда напряжение на верхнем затворе позволяет инвертировать знак носителей, задаваемый обратным затвором в графене, где концентрация носителей никогда не обращается в ноль (кроме точки электронейтральности) и нет области лишённой носителей как в обычных p-n переходах. В таких структурах тоже можно наблюдать квантовый эффект Холла, но из-за неоднородности знака носителей значения холловских плато отличаются он приведённых выше. Для структуры с одним p-n переходом значения квантования холловской проводимости описываются формулой

G=2e2h|ν′||ν||ν′|+|ν|,{\displaystyle G={\frac {2e^{2}}{h}}{\frac {|\nu ^{‘}||\nu |}{|\nu ^{‘}|+|\nu |}},}

где ν{\displaystyle \nu } и ν′{\displaystyle \nu ^{‘}} — факторы заполнения в n- и p- области соответственно (p-область находится под верхним затвором), которые могут принимать значения ±2,±6,±10{\displaystyle \pm 2,\pm 6,\pm 10} и т. д. Тогда плато в структурах с одним p-n переходом наблюдаются при значениях 1, 3/2, 3, 5/3 и т. д. Такие значения плато были наблюдены в эксперименте.

p-n-p переход

Для структуры с двумя p-n переходами соответствующие значения холловской проводимости равны

G=e2h|ν′||ν|2|ν′|+|ν|=23,65,67,…(νν′).{\displaystyle G={\frac {e^{2}}{h}}{\frac {|\nu ^{‘}||\nu |}{2|\nu ^{‘}|+|\nu |}}={\frac {2}{3}},{\frac {6}{5}},{\frac {6}{7}},…(\nu \nu ^{‘}

Расщепление основного уровня Ландау

В работе наблюдается спиновое расщепление релятивистских уровней Ландау и снятие четырёхкратного вырождения для наинизшего уровня Ландау вблизи точки электронейтральности. Для объяснения этого эффекта предложено несколько теорий.

Пример конфигурации на базе линейки измерительных приборов Keithley

Каждый из диапазонов сопротивления образца имеет разные требования к измерениям, а тип и количество компонентов систем, необходимых для их тестирования, могут значительно различаться.

Конфигурация этого типа была бы наиболее подходящей для тех, кто характеризует тонкопленочные фотоэлектрические материалы, тех, кто изучает влияние концентрации легирования на собственный полупроводник, или тех, кто изучает эффекты легирования полимеров увеличивающимся количеством углеродных нанотрубок.

Рисунок 4. Измерительная схема на базе генератора тока 6220 и нановольтметра 2182А плюс пикоампеметр 6485

Эта конфигурация системы (рисунок 4) использует специальную матричную коммутационную карту Keithley, оптимизированную для измерений эффекта Холла, модель 7065 (рисунок 5), размещенную в базовом блоке 7001 (уже снят с производства) или коммутатора модели 3706A-S. Эта карта буферизует тестовые сигналы от образца к измерительным приборам и переключает ток с источника тока на образец. Плата модели 7065 предлагает преимущество буферов с единичным усилением, которые можно включать и выключать, что позволяет измерять высокие сопротивления путем буферизации сопротивления образца из измерителя.

Рисунок 5. Схема платы коммутации Keithley 7065 для измерений Холла / Ван дер Пау

В испытательную установку также входят пикоамперметр модели 6485, источник постоянного тока модели 6220 и нановольтметр модели 2182А. Пикоамперметр модели 6485 включен для измерения токов утечки, поэтому их можно вычесть или контролировать, чтобы убедиться, что они не влияют на измерение высокого сопротивления. Модели 6220 и 2182A спроектированы для бесперебойной совместной работы с использованием метода дельта-режима для синхронизации их работы и оптимизации их производительности. По сути, дельта-режим автоматически запускает источник тока для изменения полярности сигнала, затем запускает показание нановольтметра для каждой полярности, отменяя как постоянные, так и дрейфующие термоэлектрические смещения, и гарантируя, что результаты отражают истинное значение напряжения. Когда-то модели 6220 и 2182A подключены правильно, все, что нужно для запуска теста, — это нажать кнопку Delta на текущем источнике, а затем кнопку Trigger. Модель 2182A также предоставляет второй канал измерения напряжения, который полезен для контроля температуры образца.

Хотя модель 6220 служит источником постоянного тока в показанной конфигурации, замена источника переменного + постоянного тока модели , который имеет встроенный генератор сигналов произвольной формы, дает преимущество, позволяющее пользователям выполнять измерения на основе эффекта Холла переменного тока. Для применений, для которых приемлемо использование низкого сопротивления системы, показанного для снижения стоимости системы (т.е. для обеспечения только среднего и высокого сопротивления), нановольтметр 2182A может быть заменен га цифровой мультиметр модели 2000.

Способы использования явления

На основе эффекта Холла создаются устройства и приборы, обладающие нужными и часто уникальными свойствами

Эти приборы занимают важное место в измерительно-контрольной технике, автоматизации, радиотехнике и т. д. Приспособления, использующие в своей работе явление Холла, называются элементами Холла (датчиками)

Приспособления, использующие в своей работе явление Холла, называются элементами Холла (датчиками).

Эти датчики дают возможность измерять силу магнитного поля, так как при неизменной величине тока электродвижущая сила прямо пропорциональна линиям магнитной индукции. Прямая зависимость этих величин для элементов Холла является неоспоримым преимуществом перед другими типами измерителей индукции, основанных на контроле магнетосопротивления.

Приборы Холла позволяют проводить измерения электрических и магнитных характеристик не только металлов, но и полупроводников. Из-за простоты своего действия, несложности в изготовлении, а также высокой точности и надёжности они широко применяются в различных отраслях науки и техники. Датчики используются для измерения силы, давления, углов, перемещения и других неэлектрических величин. Этот эффект используют и при изготовлении полупроводников для контроля подвижности носителей зарядов и подсчёта их концентрации.

Для этого используется формула эффекта Холла: V h = j*B*H / n*q = B*I / (q*n*α) = R*B*I/α,

из которой число носителей находится как N = (I*B) / (q*α* V h). Таким образом, можно определить не только количество носителей, но и также их тип (знак).

Элементы Холла применяются в автомобилестроении из-за их невысокой стоимости, точности показаний, надёжности и способности не зависеть от условий окружающей среды. Их используют в конструкции бесконтактных однополярных и биполярных прерывателей. Благодаря их миниатюрному исполнению электронные гаджеты можно автоматически включать или выключать экран при открытии или закрытии чехла с магнитом. Они помогают в GPS-навигации, улучшая геопозирование.

С каждым годом эффект Холла находит всё более новое применение. Свидетельством тому служит появление устройства виртуальной реальности — Google Card Board, в основе работы которого лежит взаимодействие магнита с датчиком Холла.

4Значения с аналогового каналадатчика Холла 49E

Теперь разберёмся, что же показывают аналоговые значения с датчика Холла.

Датчик выдаёт напряжение, которое изменяется в зависимости от величины магнитного поля. Вектор индукции магнитного поля измеряется в Гауссах (Гс, GS по-английски). Согласно техническому описанию на детектор Холла, пределы измерения датчика Холла 49E ±1500 Гс с линейным участком от −1200 до +1200 Гс., а чувствительность датчика примерно 2,9 мВ/Гс. Рассмотрим график зависимости напряжения на датчике Холла от величины магнитного поля:

График зависимости напряжения на датчике Холла от величины магнитного поля

Помните наш первый скетч? Показания, снятые с датчика, изменялись в районе 508..525 отчётов (левая шкала ординат на графике). Если перевести их в вольты, то это как раз около нуля шкалы отсчёта датчика, или 2,5 В (правая шкала). Если мы поднесём магнит одним полюсом к датчику Холла, показания будут меняться от нуля в одну сторону, если поднесём другим полюсом – в другую.

Таким образом, по показаниям аналогового канала датчика Холла можно судить о величине магнитного поля и о направлении магнитных силовых линий.

С этим читают

Преимущества и недостатки

Положительные стороны сенсоров, использующих в работе принцип Холла:

многофункциональность (датчики могут использоваться в различном измерительном оборудовании);
высокая надежность за счет снижения количества движущихся частей;
устойчивость к внешним воздействиям (на работу сенсоров может повлиять только толстый слой грязи);
невосприимчивость к вибрационным нагрузкам;
простота конструкции, не требующей обслуживания в процессе эксплуатации.

Основные недостатки сенсоров Холла:

необходимость близкой установки магнита и считывающего чипа (для увеличения зазора более 100 мм требуется мощное поле);
постоянное изменение потока, приводящее к нестабильному сигналу (проблема сглаживается использованием усилителей и фильтров);
зависимость показаний от температуры (при нагреве повышается чувствительность датчика).

Принцип действия и типы

Использование сенсоров в различных устройствах (в планшете, в частности) объясняется их способностью реагировать на изменения поля и отключаться при закрытии магнитной крышки чехла. Благодаря этому свойству они устанавливаются и в стиральных машинах, позволяя контролировать скорость вращения барабана. Если выразиться простым языком – здесь датчик Холла используется как тахометр.

Историческая справка

Чтобы понять принцип работы этого элемента, потребуется небольшой экскурс в историю. В 1879 году американский физик Холл открыл интересное явление, связанное с поведением проводника с током в магнитном поле. Проверка показала, что если через помещенную между магнитами медную пластину пропускать ток, то на ее боковых гранях появляется разность потенциалов. Возникает закономерный вопрос: как проверить это напряжение в домашних условиях?

Оказалось, что на практике его можно измерить мультиметром или любым другим прибором, имеющим соответствующие пределы. То же самое можно сделать любым подходящим тестером или подобным ему прибором.

Подключение измерителя подтверждает то, что движущиеся электроны под действием магнитного поля отклоняются в сторону (перпендикулярно направлению их движения).

Важно! Величина этого отклонения или разность потенциалов пропорциональна «мощности» магнитов и силе тока через пластину. На этом основании Холл заключил, что такой проводник – хорошее средство для измерения магнитного поля

На данном эффекте основана работа особого чувствительного элемента, называемого датчиком Холла. Разобравшись с тем, как он работает в каждом конкретном устройстве, можно быть уверенным в окончательном усвоении его принципа действия

На этом основании Холл заключил, что такой проводник – хорошее средство для измерения магнитного поля. На данном эффекте основана работа особого чувствительного элемента, называемого датчиком Холла. Разобравшись с тем, как он работает в каждом конкретном устройстве, можно быть уверенным в окончательном усвоении его принципа действия.

Классификация

Важно понимать, какие бывают датчики Холла, и по какому принципу их принято классифицировать. По особенностям работы и тому для чего он нужен или по назначению, датчик Холла может иметь различные исполнения

Одна из разновидностей – аналоговые приборы, вырабатывающие на выходе непрерывный сигнал.

В отличие от них цифровой элемент имеет только два дискретных состояния («ноль» и «единица»). Эта разновидность прибора может быть униполярной или иметь биполярный тип. Первая из них срабатывает при обнаружении поля любой полярности и отключается при его исчезновении. То есть униполярный цифровой сенсор реагирует только на отсутствие или наличие магнитной напряженности. Рассмотренные особенности каждого из подвидов также помогают понять, что это такое – датчик Холла.

Униполярные сенсоры переключаются в «единицу» лишь при достижении полем порогового уровня и не способны определять его наличие при слабых напряженностях. Указанное свойство – существенный минус таких приборов, заметно ограничивающий сферу их применения. Биполярный датчик срабатывает с учетом полярности магнитного поля, одна из которых включает его, а другая – выключает.

Условное графическое обозначение приборов этого класса приведено на фото ниже:

Линейные датчики Холла

О чего же зависит напряжение на гранях А и С? В основном от магнитного поля, создаваемым либо постоянным магнитом, либо электромагнитом; толщиной пластинки, а также силой тока, протекающего через саму пластинку. Благодаря этим параметрам с помощью датчика Холла были построены приборы, позволяющие замерять силу тока в проводнике, не касаясь самого проводоа, например, токовые клещи

а также приборы, с помощью которых можно замерять напряженность магнитного поля. Датчики Холла, используемые в этих приборах называют линейными, так как напряжение на датчике Холла прямо пропорционально измеряемым параметрам магнитного поля.

Линейные датчики, как я уже сказал, могут быть использованы в токовых клещах. Они позволяют измерять силу тока, начиная от 250 мА и до нескольких тысяч Ампер. Самым большим преимуществом в таких токовых клещах является отсутствие механического контакта с измеряемой цепью. Иными словами, токовые измерители на эффекте Холла намного безопаснее, чем измерители на основе шунта и амперметра, особенно при большой силе тока в цепи, которую нередко можно встретить в промышленных установках.

Особенности датчика

Принцип работы

Датчик Холла в своей основе имеет эффект, описанный выше, но его применение отличается некоторыми нюансами. Внутри прибора происходит следующее: на полупроводник под электрическим напряжением оказывает воздействие магнитное поле, причём оно пересекает его поперёк. Результатом этого явления становится электродвижущая сила.

Внимание! При возникновении электродвижущей силы напряжение меняется в диапазоне от 0,4 до 3 В.

Чтобы лучше понять принцип работы датчика Холла рассмотрим конкретный пример. Во-первых, для создания вышеописанного эффекта нужна тонкая пластина, которая будет играть роль полупроводника. Во-вторых, необходим источник электрического тока. Без провода и постоянного магнита также обойтись не получится.

Ток необходимо пустить между двумя сторонам пластины. Причём стороны должны быть параллельны друг другу. Провода нужно закрепить с двух других сторон. Магнит должен располагаться неподалёку от полупроводника. Если всё это будет выполнено в точности, то возникнет эффект Холла. По факту описанная конструкция представляет собой генератор.

При необходимости можно сделать так, чтобы это устройство работало в импульсном режиме. Но для этого нужно между пластиной и магнитом установить экран. Конструкция экрана должна иметь щели.

Для чего нужен щелевой датчик Холла в автомобилях

Главной задачей датчика Холла является изменение напряжения на выходе при перемене состояния магнитного поля. Малейшая неисправность может привести инжектор в нерабочее состояние.

Эффект Холла помогает добиться коммутации между сигнальными контактами, отвечающими за скорость, позиционирование и передачу сигналов. Простейшим считается именно аналоговый датчик. Также существует цифровой аналог, который имеет более сложную конструкцию.

Аналоговый датчик Холла играет роль преобразователя, который должен коммутировать питание для системы зажигания. Тем не менее можно найти конструкции, которые используют целые группы датчиков. Но они находятся на определённом отдалении от магнитов.

В большинстве случаев датчик Холла идёт в комплекте с сердечником. Также к устройству примыкает постоянный магнит. Именно он оказывает необходимое влияние на полупроводниковый кристалл.

В тех автомобилях, в которых установлен цифровой датчик Холла возможно функционирование в двух режимах защиты. Первый активирует защитную схему, а второй отключает. Но такое устройство в большинстве случаев называется распределителем или переключателем. Хотя в основе лежит всё тот же эффект. Подобные аппараты устанавливают на свои машины такие компании, как:

Opel,
AUDI,
BYD Flyer,
Volkswagen Golf,
Suzuki,
Passat,
BMW.

Довольно часто датчик Холла можно увидеть во многих бытовых устройствах. К примеру, тяжело себе представить компьютерный привод без него. Также нельзя не вспомнить о системах наблюдения и целом ряде мотоциклов.

Внимание! Для повышения точности работы датчик Холла устанавливают в клавиатуры и джойстики.

Достоинства устройства и его применение

Датчик Холла обладает целым рядом преимуществ, которые делают его незаменимым в современном оборудовании:

Устройство позволяет увеличить производительность мотора.
Без него невозможна точная работа тахометра и спидометра,
Датчик повышает безопасность автомобиля.

Датчик Холла можно использовать по-разному. Но в большинстве случаев автомобильные конструкторы применяют его для контроля скорости. Точнее, он осуществляет мониторинг передаточных колёс и валов. Также он контролирует их скорость вращения. Это позволяет обеспечить быстрый запуск двигателя, работающего на основе принципа внутреннего сгорания.

Также датчик Холла может обеспечить запуск антиблокировочной тормозной системы, а это, в свою очередь, напрямую влияет на безопасность на дороге. О тахометре в таком случае и говорить не приходится.

Но возможно и другое применение. Отличным примером в данном контексте будут бесщёточные электрические двигатели, работающие благодаря действию постоянного тока. Благодаря датчику Холла в таких устройствах определяется место, где находится постоянный магнит.

Как видите, у датчика Холла может быть множество применений. Сфера использования напрямую зависит от решения производителя. Допустим, конструкцию с двумя расположенными друг напротив друга магнитами можно использовать для того, чтобы регулировать скорость работы дискового накопителя.