Руководство по применению эффектов эффекта Холла и геркон
В предыдущей статье обсуждалась важность сохранения фокусировки на всей конструкции системы, а не на конкретном компоненте магнитной цепи. В тех системах, где требуются настраиваемые датчики, необходимо, чтобы дизайнер определял экологические, механические, электрические и магнитные параметры всей системы, чтобы можно было выбрать датчик, который соответствует этим условиям эксплуатации.
Как уже упоминалось в первой статье, четкая и прямая связь между разработчиком, производителем OEM и потребителем должна поддерживаться в течение всего процесса проектирования, так что рабочие требования любых датчиков и системы в целом могут быть четко определены и понимаемых всеми вовлеченными сторонами. Без такой постоянной связи надежная схема, которая будет функционировать по мере необходимости, имеет очень мало шансов быть спроектированной. И наоборот, при хорошей коммуникации между проектной группой на протяжении всего процесса может быть разработана надежная схема, которая соответствует или превосходит все известные конструктивные параметры.
В этой статье будет рассмотрен вопрос о том, как выбрать технологии магнитного зондирования для аналоговых и цифровых приложений. Он также будет определять и описывать преимущества датчиков тростника и эффекта Холла, предоставляя примеры приложений с микропроцессорным управлением, которые используют эти датчики.
Цифровые датчики: высокая надежность в дискретных приложениях
Во многих приложениях используется цифровой выход, чтобы определить, находится ли объект в определенной позиции. Например, датчик может быть использован для проверки наличия защитного ограждения на механизме. Если предохранитель установлен на место, машина будет работать. Если это не так, машина не будет работать. В этом типе дискретного применения требуется цифровой выход. Следующие цифровые датчики обеспечивают исключительную надежность для пользовательских приложений магнитного зондирования:
Герконовые переключатели: преимущества и применение
Герконовый переключатель представляет собой электрический выключатель, который не требует питания для работы как интегральная схема. Контакты герметизированы в стеклянную трубку с контактным материалом из благородных металлов. В результате коммутатор обладает высокой надежностью, поскольку он не подвержен влиянию влаги или других факторов окружающей среды. Поэтому контакты не будут окисляться и будут продолжать работать в течение миллионов циклов с нагрузками логического уровня.
Рид-переключатели очень популярны для приложений с батарейным питанием. Они используются в автомобильных продуктах безопасности, таких как датчики обнаружения заклинивания / закрытия ремня безопасности и датчики столкновения для обнаружения столкновения. Поскольку герконовые датчики могут переключать нагрузки переменного или постоянного тока, они являются популярным выбором для цифровых вкл / выкл, таких как обнаружение закрытия двери для рынков безопасности и бытовой техники.
Например, дверь холодильника использует геркон для обнаружения закрытия двери. Магнит крепится к двери, а тростниковый датчик прикрепляется к неподвижной раме, скрытой за внешней стенкой холодильника. Когда дверь открыта, магнитное поле не может быть обнаружено датчиком тростника, заставляя светодиодную лампу включаться. Когда дверь закрывается, датчик обнаруживает соответствующее магнитное поле, и светодиод выключается. В этом приложении микроконтроллер внутри прибора получает сигнал от геркона, а затем блок управления активирует или деактивирует светодиод.
Рисунок 1: Геркон, используемый в дверце холодильника, для включения и выключения светодиодного индикатора
Цифровой датчик эффекта холла: преимущества и применение
Цифровые датчики эффекта Холла основаны на полупроводниках и их выходное напряжение изменяется относительно изменения магнитного поля. Эти датчики объединяют чувствительный элемент эффекта Холла с электрической схемой для обеспечения цифрового выходного сигнала включения / выключения, который соответствует изменению магнитного поля без использования каких-либо движущихся частей. Блок эффекта Холла ограничен приложениями с низким напряжением и током постоянного тока. В отличие от герконного переключателя, устройство эффекта Холла содержит активную схему, поэтому оно потребляет небольшое количество тока в любое время.
Цифровые датчики эффекта Холла обеспечивают высокую надежность и могут быть запрограммированы на включение при заданном допуске магнитного поля для точных требований к измерению.
Эти датчики очень популярны для высокоскоростных зондирующих приложений в белых тонах, таких как стиральные машины и сушилки. В этом приложении вращающийся 16-полюсный кольцевой магнит активирует чип эффекта Холла с каждым проходящим сегментом красного (северного полюса) и деактивирует его с каждым проходящим сегментом белого (южного полюса), что приводит к очень точному сигналу скорости. Цифровые датчики эффекта Холла особенно полезны для применения в автомобильной безопасности, таких как обнаружение зажима застежки ремня безопасности и измерение скорости передачи с помощью джойстика.
Рисунок 2: Схема приложения измерения скорости эффекта Холла
Аналоговые / радиометрические датчики для повышения стабильности и точности
Аналоговые зондирующие приложения позволяют конечному пользователю мгновенно получать обратную связь по положению магнита. Аналоговый датчик эффекта Холла имеет высокоточный разрешающий сигнал с высоким разрешением.
Ранее аналоговые датчики эффекта Холла измеряли плотность потока магнитов и в значительной степени зависели от значения температуры приложения. Так как аналоговая технология эффекта Холла развивается в последние годы, чип эффекта Холла теперь измеряет угол поля потока вместо традиционной амплитуды, делая его намного менее чувствительным к изменениям температуры. Это улучшение позволяет датчику обеспечивать более стабильный аналоговый выход в широком диапазоне температур
Рассмотрим два типа датчиков эффекта Холла, которые могут быть выбраны для пользовательских приложений аналогового распознавания:
Датчик эффекта роторного холла: преимущества и применение
Этот полупроводниковый датчик изменяет выходное напряжение относительно изменения магнитного поля. Он сочетает в себе элемент измерения эффекта Холла с электрической схемой для обеспечения аналогового выходного сигнала, который соответствует изменению вращающегося магнитного поля без привлечения каких-либо движущихся частей. Этот датчик предлагает два варианта выхода: аналоговую или широтно-импульсную модуляцию (PWM). Устройство программируется таким образом, чтобы инженер мог связать определенное выходное напряжение или PWM с точной степенью поворота. Доступны несколько точек программирования до 360 градусов вращения. Каждая программируемая точка представляет собой выходное значение напряжения или ШИМ, которое соответствует заданному углу магнитного поля. Это приводит к получению относительного выходного сигнала относительно степени поворота.
В отличие от механического вращающегося или резистивного роторного устройства роторный датчик эффекта Холла не испытывает механического износа или изменения значений сопротивления. Кроме того, он очень стабилен при нормальной рабочей температуре до + 105 ° C. Единицы измерения являются точными от 0-360 градусов вращения с выходом 0, 5 В-4, 5 В постоянного тока или 10-90% рабочего цикла для ШИМ.
Датчики эффекта Rotary Hall становятся очень популярными для замены резистивных пленок или механических устройств с потенциометром. Они используются в автомобильных и внедорожных применениях, таких как обнаружение положения клапана EGR на двигателях. Эти датчики также могут использоваться для определения положения шкалы в приборах и приложениях для бытовой техники.
Рисунок 3: Датчик эффекта Ротари Холла, используемый в циферблате стиральной машины
Линейный датчик эффекта Холла: преимущества и применение
Линейные датчики эффекта Холла похожи на датчики эффекта Холла, за исключением того, что они измеряют линейное движение магнитного поля, а не вращение. Датчик эффекта Холла программируется для заданного выходного напряжения, которое является пропорциональным для данного расстояния. Параметры вывода такие же, как и вращательный эффект Холла. Датчик измеряет линейное перемещение и относительный угол потока магнитного привода до расстояния до 30 мм с одним чипом эффекта Холла. Это приводит к получению пропорционального выходного сигнала относительно точного перемещения датчика.
Датчик и исполнительный механизм могут быть помещены в их конечную область монтажа внутри приложения, которое теперь будет включать все магнитные воздействия из близлежащего окружения, до программирования выходного напряжения или значения ШИМ, чтобы соответствовать относительному значению магнитного поля приводного магнита. Это позволяет инженеру оптимизировать выход приложения, поскольку в среде программирования будут включены любые шунтирующие, механические допуски или допуски на штабелирование магнитного поля.
Линейные датчики эффекта Холла часто используются в качестве датчиков уровня для контроля уровня жидкости. В этом приложении датчик обнаруживает местоположение движущегося поплавка с магнитом, прикрепленным к нему. Линейные датчики также полезны в более сложных конструкциях, таких как трансмиссия трансмиссии трансмиссии.
Вывод
Эта статья и ее сопроводительная часть объясняют методологию разработки оптимальной магнитной цепи, которая требует настраиваемых датчиков. Всегда разумно четко определять параметры всей конструкции системы в сочетании с клиентом и производителем OEM до начала процесса проектирования.
В тех цепях, где необходимы специальные датчики, такие как сложные приложения с микропроцессорным управлением, герконовые переключатели и датчики эффекта Холла обеспечивают бесконтактную технологию, которая является высоко повторяемой и надежной. Цифровой выход доступен как для герконовых переключателей, так и для датчиков Холла, и эта технология широко используется на рынках бытовой техники и автомобилей. Аналогично, оба этих типа датчиков могут быть разработаны для использования в пользовательских аналоговых приложениях, где требуется высокий уровень точности и стабильности.
Отраслевые статьи - это форма контента, которая позволяет отраслевым партнерам делиться полезными новостями, сообщениями и технологиями с читателями All About Circuits таким образом, что редакционный контент не очень подходит. Все отраслевые статьи подчиняются строгим редакционным правилам с целью предоставления читателям полезных новостей, технических знаний или историй. Точки зрения и мнения, выраженные в отраслевых статьях, являются точками партнера, а не обязательно для All About Circuits или его авторов.