Датчик Холла: принцип роботи та області застосування

Ефект Холла отримав своє ім'я завдяки вченому Е.Г.Холлу, що відкрив його в 1879 році при роботі з тонкими золотими пластинками. Ефект полягає в появі напруги при приміщенні провідної пластинки в магнітне поле. Ця напруга так і назвали - холлівських напругу. Промислове застосування цього ефекту стало можливим лише через 75 років після відкриття, коли стали проводитися напівпровідникові плівки з певними властивостями. Так з'явився датчик Холла, принцип роботи якого заснований на однойменному ефекті. Цей датчик являє собою прилад для вимірювання напруженості магнітного поля. На його основі створюються і багато інших прилади: датчики кутового і лінійного переміщення, магнітного поля, струму, витрати і т.д. Датчик Холла має ряд переваг, завдяки яким і отримав широке поширення. По-перше, безконтактне спрацьовування виключає механічний знос. По-друге, він простий у використанні при досить низькій вартості. По-третє, прилад має маленький розмір. По-четверте, зміна частоти спрацьовування не призводить до зміщення самого моменту вимірювання. По-п'яте, електричний сигнал датчика не має характеру сплеску, а при включенні відразу набирає постійну величину. Інші його плюси: передача сигналу без ікаженія, безконтактний характер самої передачі сигналу, практично безмежний термін експлуатації, великий діапазон частот і т.д. Однак у нього є і свої мінуси, основними з яких є чутливість до електромагнітних перешкод в ланцюги живлення і зміни температури.

Принцип роботи датчика Холла. Датчик Холла - це щілинна конструкція, з одного боку якої розташований напівпровідник, а з іншого - постійний магніт. При протіканні струму в магнітному полі на електрони діє сила, вектор якої перпендикулярний і току, і полю. При цьому на бічних сторонах пластини з'являється різниця потенціалів. У зазорі датчика знаходиться екран, через який замикаються силові лінії. Він перешкоджає утворенню на платівці різниці потенціалів. Якщо в зазор не буде екрана, то під дією магнітного поля з платівки напівпровідника буде зніматися різниця потенціалів. При проходженні екрану (роторної лопаті) через зазор індукція на інтегральній мікросхемі буде нульова, а на виході з'явиться напруга.

Датчик Холла і прилади на його основі дуже широко використовуються в авіаційній, автомобільній промисловості, в приладобудуванні і багатьох інших галузях. Їх випускають такі відомі фірми, як Siemens, Micronas Intermetall, Honeywell, Melexis, Analog Device і багато інших.

Найбільш поширений так званий ключовий датчик Холла, вихід якого змінює логічне стан у випадку, якщо магнітне поле перевищує певну величину. Особливо широко застосовуються ці датчики в безколекторних електродвигунах в якості датчиків положення ротора (ДПР). Логічні датчики Холла використовують в пристроях синхронізації, системі запалювання, зчитувачах магнітних карт, ключів, в безконтактних реле і т.д. Широко застосовуються інтегральні лінійні датчики, які використовують для вимірювання лінійного або кутового переміщення і електричного струму.