Prúdové a napäťové snímače Hallovho javu: ich typy a vlastnosti. Integrované nízkovýkonové snímače polohy založené na Hallovom efekte

A. Margelov

Snímače prúdu s Hallovým efektom Honeywell riešia mnohé problémy v tejto oblasti výkonovej elektroniky ktoré sú spojené s tvorbou systémov spätná väzba v elektrických pohonných zariadeniach na riadenie a ochranu, ako aj meranie a riadenie jednosmerných, striedavých a impulzných prúdov v širokom rozsahu s vysokou presnosťou.

Napriek tomu, že na svete existuje veľa metód na meranie prúdu, iba tri z nich sú spojené nízkou cenou, a preto masová výroba. Medzi nimi sú nám známe technológie: odporové založené na prúdovom transformátore a založené na Hallovom efekte. Tabuľka 1 ukazuje komparatívna analýza hlavné charakteristiky súčasných snímačov vyrobených pomocou týchto troch technológií. Iné metódy sa používajú len v drahých laboratórnych zariadeniach.

Použitie odporovej metódy prúdový skrat je veľmi bežné a lacné. Má však dve nevýhody: absorpciu energie, a teda zahrievanie a nedostatok elektrickej izolácie. Súčasne sa obmedzuje indukčnosť najsilnejších rezistorov rozsah frekvencie. Nízkoindukčné výkonové bočníky pre RF aplikácie sú drahšie, ale umožňujú aj prevádzku v rozsahu nad 500 kHz.

Prúdové transformátory sa používajú iba v prípade merania striedavých prúdov. Väčšina lacných prúdových transformátorov pracuje vo veľmi úzkom frekvenčnom rozsahu a nie je schopná merať jednosmerný prúd. Širokopásmové transformátory sú drahšie ako súčasné snímače na Hallovom efekte a odporové. Prúdové transformátory však neprinášajú žiadne straty, nevyžadujú energiu a nemajú žiadne predpätie.

Obrázok 1 Štruktúra snímača

Senzory Hallovho prúdu ( otvorený typ a kompenzačné), ktorým je venovaný tento článok, predstavujú najviac zaujímavá skupina bežné zariadenia na meranie prúdu. Medzi ich hlavné výhody patrí absencia energetických strát zavedených do systému (a v dôsledku toho uvoľňovanie tepla), dobrá elektrická izolácia, široký frekvenčný rozsah a schopnosť merať jednosmerné prúdy. Nevýhodou v porovnaní s vyššie uvedenými metódami je potreba externý zdroj výživa.

Honeywell vyrába široký sortiment snímačov prúdu s Hallovým efektom v troch typoch. Sú to prúdové snímače otvoreného typu, prúdové snímače kompenzačného typu a prúdové snímače otvoreného typu s logickým výstupom.

OTVORENÉ SNÍMAČE PRÚDU

Tieto snímače sú určené na bezkontaktné meranie priamy prúd Hallov efekt otvoreného typu

Obrázok 2 Vzhľad prúdové snímače otvoreného typu

th, striedavé a impulzné prúdy v rozsahoch ±57 ... ± 950 A. Štruktúra zariadení je znázornená na obr. jeden.

Otvorené prúdové snímače Honeywell (obr. 2) sú postavené na báze integrovaných lineárnych Hallových snímačov 91SS12-2 a SS94A1 (vyrába Honeywell), ktoré majú zvýšenú teplotnú stabilitu a linearitu. Snímače majú analógový výstup, ktorého napätie je priamo úmerné veľkosti prúdu pretekajúceho monitorovaným vodičom. Pri nulovom prúde je výstup predpätý o polovicu napájacieho napätia. Kolísanie výstupného napätia a teda aj citlivosť sú lineárne závislé od napätia napájacieho zdroja (proporcionálny výstup, 0,2511 pit< U BUX < 0,75UJ. Dodatočné nastavenie citlivosti sa vykonáva zvýšením počtu závitov vodiča s prúdom okolo prstenca magnetického jadra snímača. Snímače založené na snímači SS94A1 majú výstupný stupeň push-pull postavený na komplementárnom páre bipolárnych p-n-p- a n-p-n-tranzistorov a na báze 91SS12-2 - p-n-p-tranzistorový stupeň s otvoreným kolektorom. Tabuľka 2 ukazuje hlavné technické údaje prúdové snímače otvoreného typu.

SNÍMAČE PRÚDU TYPU KOMPENZÁCIE

Kompenzované snímače prúdu umožňujú bezdotykové meranie jednosmerných, striedavých a impulzné prúdy v rozsahoch ±5 ... ±1200 A. Štruktúra zariadení je znázornená na obr. 3.

Tabuľka 1. Charakteristika prúdových snímačov založených na rôznych technológiách
Prúdové senzory	Absorpcia	Elektrické	Vonkajšie	Frekvencia	Napätie	Relatívna
	moc	izolácia	jedlo	rozsah	zaujatosť	cena
Odporový DC						najnižšie
Odporový AC
O Hallovom efekte
OTVORENÉ
O Hallovom efekte
kompenzačné
Prúdové transformátory	áno (pre reproduktory)			pevné

TECHNICKÁ MIKROELEKTRONIKA

tabuľka 2	. Hlavné technické charakteristiky prúdových snímačov otvoreného typu Honeywell
Rozsah mien, A		Citlivosť, mVhY*		Napätie Temp. čas driftu 1 p, mA
	(ampl. hodnota)	nominálny význam	vypnuté	bias, V bias, %/°C off, μs
Lineárne prúdové snímače založené na snímači 915512-2, koncový stupeň - r-p-r otvorené. kolektor, vertikálna montáž
				U n /2 ±0,05 3 19
Lineárne prúdové snímače na báze snímača 5594A, koncový stupeň - push-pull p-p-p + p-p-p, vertikálna montáž
				U n /2 ±0,007 3 20
Lineárne prúdové snímače na báze snímača 915512-2, koncový stupeň - p-p-p otvorený. rozdeľovač, horizontálna montáž
				U n /2 ±0,05 3 19

Lineárne prúdové snímače na báze snímača 5594A, koncový stupeň - push-pull p-p-p + p-p-p, horizontálna montáž

0,6 U n /2 ±0,02 8 20 6,12

CSLA2GD CSLA2GE CSLA2GF CSLA2GG

±72 ±92 ±125 ±150

Obrázok3 Štruktúra snímača prúd na Hallov efekt typu kompenzácie

Prúd pretekajúci riadeným vodičom vytvára magnetické pole úmerné veľkosti tohto prúdu, ktoré sa sústreďuje vo vnútri prstencového magnetického obvodu a pôsobí na lineárny integrovaný Hallov snímač. Signál snímača je zosilnený UPT, ktorého záťažou je cievka OOS. Cievka vytvára v magnetickom obvode opačné magnetické pole, ktoré úplne kompenzuje pôvodné. Výstup snímača je druhým výstupom cievky. Výstupný signál je teda prúd úmerný prúdu v riadenom vodiči a počtu závitov spätnoväzbovej cievky (I ~ 1N).

Obrázok 4Vzhľad prúdové snímače kompenzačného typu

Napríklad snímač s cievkou 1000 závitov produkuje výstupný prúd 1 mA na 1 A meraného prúdu. Prúdový výstup sa prevádza na napäťový výstup pomocou externého odporu, ktorého odporúčané hodnoty sú vždy uvedené v technická dokumentácia k senzoru. Dodatočné nastavenie citlivosti sa vykonáva zvýšením počtu závitov vodiča okolo prstenca magnetického obvodu snímača alebo inštaláciou prepojok, ktoré nastavujú počet závitov vnútornej kompenzačnej cievky snímača (napríklad v modeloch ZRKADLO, ZRKADLO 381). V tabuľke 3 sú uvedené hlavné technické charakteristiky prúdových snímačov kompenzačného typu.

Obrázok 5 Štruktúra prúdového snímača s logickým výstupom

Tabuľka Kľúčové špecifikácie pre prúdové snímače Honeywell

názov	Rozsah, A U n, V		Charakteristika cievky		Hodnotenie 1	R mrD at	zadok	, pani	Izol.,	presné,
	(ampl. hodnota)				na 1 to	1 nom, Ohm				% z 1 nomin
					50 mA pri 10 A
					25 mA pri 25 A
					25 mA pri 25 A
					25 mA pri 25 A
					25 mA pri 30 A
					12,5 mA pri 25 A
					50 mA pri 50 A
					25 mA pri 25 A
					50 mA pri 50 A
					50 mA pri 50 A
					25 mA pri 50 A
					25 mA pri 50 A
					100 mA pri 100 A
					100 mA pri 100 A
					25 mA pri 50 A
					25 mA pri 50 A
					50 mA pri 100 A
					50 mA pri 100 A
					50 mA pri 100 A
					50 mA pri 100 A
					62,5 mA pri 100 A
					62,5 mA pri 100 A
					125 mA pri 125 A
					125 mA pri 125 A
					150 mA pri 300 A
					150 mA pri 300 A
					100 mA pri 500 A
					100 mA pri 500 A

Obrázok 6 Vzhľad prúdových snímačov s logickým výstupom

PRÚDOVÉ SNÍMAČE S LOGICKÝM VÝSTUPOM

Prúdové snímače s logickým výstupom (obr. 5) umožňujú detekovať nadprúd v sledovanom vodiči vyššie určitú hodnotu a vygenerovať logický alarm.

Základom týchto zariadení je integrovaný Hallov snímač s logickým výstupom. Štruktúra senzorov je znázornená na obrázku vpravo. Prahová hodnota vypnutia je určená modelom snímača a môže mať nasledujúce hodnoty: 0,5, 3,5, 5,0, 7,0, 10,0 a 54,00 A. Prahová hodnota vypnutia môže byť nastavená nižšie ako nominálna hodnota zvýšením počtu závitov vodiča okolo senzorový krúžok. V tabuľke 4 sú uvedené hlavné technické charakteristiky prúdových snímačov s logickým výstupom.

Tabuľka 4. Kľúčové špecifikácie pre prúdové snímače Honeywell s logickým výstupom

názov		ja„„„ , ,„,„, , A		! von max,	H out (0/1),
	(pri 25°C)	(pri 25°C)

Viac detailné informácie informácie o snímačoch Honeywell nájdete na http://content.honeywell.com/sensing/ products alebo si ich vyžiadajte od autorizovaného distribútora COMPEL (

Moderné prúdové snímače sú rozdelené do nasledujúcich typov:
— odporové snímače (prúdové bočníky);
- prúdové snímače Hallovho javu;
— prúdové transformátory;
— snímače prúdu z optických vlákien (FOCS) založené na Faradayovom efekte;
- Rogowského pás;
- prúdové svorky
Každý má svoje výhody a nevýhody, ktoré obmedzujú rozsah jeho použitia.

Áno

	Odpory snímania prúdu	Prúdové transformátory	Hallove senzory
Meraný prúd	Neustále	Variabilné	Konštantné a premenlivé
Meranie rozsahu prúdu	Až 20 A	Až 1000A	Až 1000A
Chyba merania	1%	5%	10%
Galvanická izolácia	Nie	existuje	existuje
Strata vloženia	existuje	existuje	nie
rozsah frekvencie	100 kHz	50/60/400 Hz	200 kHz
Relatívna cena	nízka	vysoká	priemer
Vyžaduje externé napájanie	Nie	Nie

Hlavnou nevýhodou odporového snímača prúdu je nutnosť pripojiť snímač priamo k meraciemu obvodu. Hlavnou nevýhodou prúdového transformátora je meranie iba striedavých prúdov priemyselnej frekvencie. Snímač prúdu s Hallovým efektom má množstvo výhod, medzi ktoré patrí schopnosť merať jednosmerný aj striedavý prúd a malé rozmery. Medzi ich hlavné výhody patrí absencia výkonových strát zavedených do systému, široký frekvenčný rozsah. Nevýhodou je nutnosť externého napájania a závislosť od teploty.

Snímače prúdu Allegro Microsystems

Allegro Microsystems sa špecializuje na návrh a výrobu analógovo-digitálnych výkonových mikroobvodov a prúdových snímačov založených na Hallovom efekte. Pre rozsah 5-200 A sú ponúkané inteligentné mikroobvody a pre rozsah do 1000 A a vyššie lineárne mikroobvody s diaľkovým meraním prúdu. Senzory pracujú v rozšírenom teplotnom rozsahu, čo umožňuje ich použitie v náročných prostrediach.
Hlavnými oblasťami použitia sú systémy automobilovej a výkonovej elektroniky, priemyselná automatizácia a zariadenia na všeobecné použitie.

Princíp činnosti

Snímače pozostávajú z veľmi presného lineárneho snímača Hallovho javu integrovaného na čipe a medeného vodiča umiestneného blízko čipu. Elektrina, pretekajúci vodičom, vytvára magnetické pole, ktoré je fixované Hallovým snímačom a prevádzané na napätie úmerné hodnote vstupného prúdu.

Kryty snímačov

Na výrobu snímačov pre 5-200 A sa používa flip čipová technológia, ktorý poskytuje vývojárom množstvo významných výhod:
- zvýšená citlivosť, Hallov snímač je umiestnený veľmi blízko vodiča prúdu
- vysoká galvanická izolácia, až 3600 Vrms po dobu 60 sekúnd
- nízky odpor primárneho okruhu, menej ako 1 mΩ, znižuje straty výkonu
— Štandardné kryty pre povrchovú montáž.

Snímače pre rozsah 50-200 A sú vyrábané v puzdre vlastnej konštrukcie - SV. Toto puzdro obsahuje medený vodič a analógový snímač Hallovho javu a meria až 200 A jednosmerný prúd a impulzný prúd 1 200 A. Senzory sú kalibrované vo výrobe, vydržia napätie až 4 800 Vrms po dobu 60 sekúnd, poskytujú izoláciu až do 700 V a zosilnenú izoláciu až do 4500 B. Odpor vodiča je 100 mΩ, takže integrované obvody majú pri meraní maximálneho prúdu ultra nízke straty výkonu.

Tepelná kompenzácia

Prúdové snímače využívajú patentovanú digitálnu technológiu tepelnej kompenzácie, ktorá dokáže výrazne zlepšiť chybu citlivosti aj výstupné napätie v pracovnom bode. Oba parametre sa merajú v štádiu finálneho testovania v dvoch režimoch: pri izbovej teplote a pri 85...150°C. Tieto údaje sú uložené v Pamäť EEPROM. Výsledkom je, že snímače Allegro majú celkovú chybu ±1% v rozsahu 25…150°С. Táto kalibrácia v poslednej fáze výroby eliminuje potrebu kalibrácie teploty po osadení PCB.

Použitie prúdových snímačov v elektrickom pohone

Prúdové snímače Allegro môžu byť použité vo viacerých jednotkách elektrického pohonu vďaka prítomnosti galvanického oddelenia a dobré parametre rýchlosť dV/dt.
Môžu byť použité na meranie jednosmerného prúdu prípojnice (1), fázového prúdu (2) alebo prúdu nízkej úrovne.

Galvanické oddelenie umožňuje použitie snímačov Allegro na priame meranie fázového prúdu motora. To zjednodušuje riadiacu jednotku a znižuje hluk. Senzory ACS710, ACS711 a ACS716 majú chybové výstupy, ktoré možno použiť na detekciu skrat alebo iné javy spôsobené vysokým prúdom.
Hlavné prúdové snímače pre elektrický pohon:

Prúdové snímače vo výkonových zosilňovačoch

Správne riadenie výkonový zosilňovač v Základná stanica alebo prenosné rádio- základ pre správny kompromis medzi výstupným výkonom a účinnosťou.
Predpätý prúd je kľúčovým parametrom na monitorovanie vo väčšine výstupných stupňov, takže Allegro ponúka niekoľko prúdových snímačov, ktoré túto výzvu spĺňajú.

ACS711	100 kHz prúdový snímač v balení QFN/SOIC
ACS712	Snímač prúdu 80 kHz v balení SOIC

Výhody prúdových snímačov Allegro

- schopnosť merať jednosmerný prúd, striedavý prúd a ich kombinácie;
- nízke energetické straty a v dôsledku toho nízka tvorba tepla, zmenšené rozmery a schopnosť regulovať vysoké prúdy;
- vstavaná galvanická izolácia

Vysoká presnosť, galvanické oddelenie meracieho obvodu, tepelná stabilita a malé rozmery robia snímače dobré rozhodnutie pre použitie v konvertorovej technike, domácej, automobilovej a priemyselnej elektronike.

Senzory pre 0-50A

3000 SOICW-16ACS716

séria	Typ snímača	Napájacie napätie, V	Rozsah merania, A	Izolačné napätie, Vrms	Šírka pásma, kHz	Tempo. rozsah*	Typ škrupiny
ACS709	Obojsmerný	3.3, 5	±12 až 75	2100	120	L	QSOP-24
ACS710	Obojsmerný	5	±12 až 75	120	K
ACS711	Obojsmerný	3.3	±12,5 až 25	<100 В пост.тока	100	E, K	SOIC-8, QFN-12
ACS712	Obojsmerný	p>5	±5 až 30	2100	80	E	SOIC-8
ACS713	Jednosmerný	5	20 až 30	2100	80	E	SOIC-8
ACS714	Obojsmerný	5	±5 až 30	2100	80	E, L	SOIC-8
ACS715	Jednosmerný	5	20 až 30	2100	80	E, L	SOIC-8
Obojsmerný	3.3	±75	3000	120	K	SOICW-16
ACS717	Obojsmerný	3.3	±10 až 20	4800	40	K	SOICW-16
ACS718	Obojsmerný	6	±10 až 20	4800	40	K	SOICW-16
ACS764	Jednosmerný	3.3	16 alebo 32	<100 В пост.тока	2	X	QSOP-24

Prúdové snímače 50-200 A

* Symbol pre teplotný rozsah:
E = -40 až 85 °C
K = -40 až 125 °C
L = -40 až 150 °C
S = -20 až 85 °C

notačný systém
ACS758 L CB TR -100 B-PFF-T
1 2 3 4 5 6 7
1. Séria
2. Rozsah teplôt:
E = -40 až 85 °C
K = -40 až 125 °C
L = -40 až 150 °C
S = -20 až 85 °C
3. Typ prípadu:
SV - budova SV
LC-SOIC-8
4. Balenie:
neoznačené. - v peračníku
TR - na páske
5. Rozsah meraného prúdu, A
6. Typ snímača: B - obojsmerný, U - jednosmerný
7. Úprava krytu pre snímače 50-200A, pozostáva z 3-písmenového označenia:
Prvé písmeno - plastové telo
Druhé písmeno - prúdový vodič, S - rovný, F - zakrivený
Tretie písmeno - kolíky, S - rovné, F - lomené

Ďalšie informácie

Prúdový prevodník je zariadenie, ktoré dokáže nahradiť dnes používané prúdové transformátory a bočníky. Používa sa na riadenie a meranie a je vynikajúcim technickým riešením. Konštrukcia zariadenia je vyrobená v súlade s modernými metódami technickej realizácie zariadení a spôsobmi na zabezpečenie všestrannosti, pohodlia a spoľahlivosti systému. Preto sú meracie prevodníky vyvinuté ruským výrobcom každoročne veľmi žiadané. Rozsah možných úprav poteší spotrebiteľov, pretože vám umožňuje vybrať si najvhodnejšie riešenie a zároveň nepreplatiť.

Čo je zvláštne na súčasných prevodníkoch?

Hlavnou vlastnosťou meracieho prevodníka prúdu je jeho univerzálnosť. Na vstup zariadenia možno použiť jednosmerný prúd, impulzný a striedavý prúd. Aby bola táto všestrannosť možná, výrobcovia vyvinuli zariadenie založené na Hallovom princípe. Prevodník implementuje malý obvod vyrobený na polovodičoch. S jeho pomocou sa určuje veľkosť a smer magnetického poľa prúdu aplikovaného na vstup zariadenia. Menič prúdu s Hallovým efektom je teda jedinečným zariadením s vysokým výkonom a funkčnosťou.

Zariadenie je vyrobené vo forme puzdra s otvorom, cez ktorý prechádza vodič s prúdom. Napájanie elektronického obvodu meniča sa vykonáva zo siete jednosmerným napätím rovným 15 voltov. Na výstupe zariadenia sa objaví prúd, ktorý sa mení v hodnote, smere a čase priamo úmerne prúdu na vstupe. Merací prevodník prúdu na báze Hallovho javu môže byť v tomto prípade vyrobený nielen s otvorom pre výstup vodičov s prúdom, ale aj vo forme zariadenia určeného na inštaláciu do prerušenia obvodu.

Konštrukčné vlastnosti meracích prevodníkov prúdu

Bezkontaktný merací prevodník prúdu je vyrobený s galvanickým oddelením medzi riadiacim obvodom a napájacím obvodom. Prevodník pozostáva z magnetického obvodu, kompenzačného vinutia a Hallovho prístroja. Keď prúd preteká pneumatikami, indukuje sa v magnetickom obvode indukcia, zatiaľ čo Hallovo zariadenie generuje napätie, ktoré sa mení so zmenou indukovanej indukcie. Výstupný signál sa privádza na vstup elektronického zosilňovača a potom ide do kompenzačného vinutia. V dôsledku toho cez kompenzačné vinutie preteká prúd, ktorý je priamo úmerný prúdu na vstupe, pričom tvar primárneho prúdu sa úplne opakuje. V skutočnosti ide o menič prúdu a napätia.

Bezdotykový merací prevodník striedavého prúdu

Spotrebitelia najčastejšie kupujú snímače prúdu a napätia pre trojfázové siete striedavého prúdu. Preto výrobcovia špeciálne vyvinuli meracie prevodníky PIT-___-T s jednoduchšou elektronikou a tým aj nízkou cenou. Prevádzka zariadení môže prebiehať pri rôznych teplotách, vo frekvenčnom rozsahu od 20 do 10 kHz. Zároveň majú spotrebitelia možnosť vybrať si typ výstupného signálu z prevodníka - napätie alebo prúd. Bezkontaktné prevodníky prúdu sú vyrábané pre inštaláciu na kruhovú alebo plochú prípojnicu. To výrazne rozširuje rozsah tohto zariadenia a robí ho relevantným pri rekonštrukciách rozvodní rôznych kapacít.

Hallov efekt objavil v roku 1879 americký vedec Edwin Herbert Hall. Jeho podstata je nasledovná (pozri obrázok). Ak prúd prechádza cez vodivú platňu a magnetické pole smeruje kolmo na platňu, potom sa na platni objaví napätie v smere priečnom k ​​prúdu (a smeru magnetického poľa): Uh = (RhHlsinw ) / d, kde Rh je Hallov koeficient v závislosti od materiálu vodiča; H je intenzita magnetického poľa; I - prúd vo vodiči; w je uhol medzi smerom prúdu a vektorom indukcie magnetického poľa (ak w = 90°, sinw = 1); d je hrúbka materiálu.

Vzhľadom na to, že výstupný efekt je určený súčinom dvoch veličín (H a I), majú Hallove snímače veľmi široké uplatnenie. V tabuľke sú uvedené Hallove koeficienty pre rôzne kovy a zliatiny. Označenia: T - teplota; B - magnetický tok; Rh - Hallov koeficient v jednotkách m3 / C.

Bezdotykové kľúčové spínače na báze Hallovho efektu sa v zahraničí hojne využívajú od začiatku 70. rokov. Výhodou tohto spínača je vysoká spoľahlivosť a odolnosť, malé rozmery a nevýhodou je stála spotreba energie a relatívne vysoká cena.

Princíp činnosti Hallovho generátora

Hallov snímač má štrbinový dizajn. Na jednej strane štrbiny je polovodič, cez ktorý preteká prúd pri zapnutom zapaľovaní a na druhej strane permanentný magnet.

V magnetickom poli sú pohybujúce sa elektróny ovplyvnené silou. Vektor sily je kolmý na smer magnetickej aj elektrickej zložky poľa.

Ak sa polovodičová doska (napríklad z arzenidu india alebo antimonidu india) zavedie do magnetického poľa s indukciou B, cez ktorú preteká elektrický prúd, potom vzniká na stranách, kolmo na smer prúdu, potenciálny rozdiel. Hallovo napätie (Hall EMF) je úmerné prúdu a magnetickej indukcii.

Medzi doskou a magnetom je medzera. V medzere snímača je oceľová clona. Keď v medzere nie je žiadna obrazovka, potom na polovodičovú dosku pôsobí magnetické pole a z nej sa odstráni potenciálny rozdiel. Ak je v medzere clona, ​​magnetické siločiary sa uzavrú cez sito a nepôsobia na dosku, v tomto prípade nie je na doske žiadny potenciálny rozdiel.

Integrovaný mikroobvod premieňa potenciálny rozdiel vytvorený na doske na záporné napäťové impulzy určitej hodnoty na výstupe snímača. Keď je obrazovka v medzere snímača, potom bude na jej výstupe napätie, ale ak v medzere snímača nie je žiadna obrazovka, potom je napätie na výstupe snímača blízke nule.

O Hallovom efekte sa toho popísalo veľa, tento efekt sa v technike intenzívne využíva, no vedci ho naďalej skúmajú. V roku 1980 študoval nemecký fyzik Klaus von Klitzung fungovanie Hallovho javu pri ultranízkych teplotách. V tenkej polovodičovej doske von Klitzung plynulo menil silu magnetického poľa a zistil, že Hallov odpor sa nemení plynulo, ale skokovo. Veľkosť skoku nezávisela od vlastností materiálu, ale bola kombináciou základných fyzikálnych konštánt delených konštantným číslom. Ukázalo sa, že zákony kvantovej mechaniky nejako zmenili povahu Hallovho javu. Tento jav sa nazýva integrálny kvantový Hallov jav. Za tento objav dostal von Klitzung v roku 1985 Nobelovu cenu za fyziku.

Dva roky po objave von Klitzunga v laboratóriu Bell Telephone (v tom istom, kde bol objavený tranzistor), Stormer a Tsui študovali kvantový Hallov jav pomocou výnimočne čistej, veľkej vzorky arzenidu gália vyrobeného v tom istom laboratóriu. Vzorka mala taký vysoký stupeň čistoty, že elektróny prechádzali z jedného konca na druhý bez toho, aby narazili na prekážky. Experiment Stormera a Tsuiho prebiehal pri oveľa nižšej teplote (takmer absolútnej nule) a so silnejšími magnetickými poľami ako experiment von Klitzunga (miliónkrát väčší ako ).

Na ich veľké prekvapenie Stormer a Tsui zaznamenali trojnásobný skok v Hallovom odpore ako von Klitzung. Potom našli ešte väčšie skoky. Získala sa rovnaká kombinácia fyzikálnych konštánt, ale vydelená nie celým číslom, ale zlomkom. Náboj elektrónu považujú fyzici za konštantný, nie je deliteľný na časti. A v tomto experimente sa zúčastnili častice s čiastkovými nábojmi. Efekt sa nazýval frakčný kvantový Hallov efekt.

Rok po tomto objave podal pracovník laboratória La Flin teoretické vysvetlenie účinku. Uviedol, že kombinácia ultra nízkej teploty a silného magnetického poľa spôsobuje, že elektróny vytvárajú nestlačiteľnú kvantovú tekutinu. Ale obrázok pomocou počítačovej grafiky ukazuje tok elektrónov (guliek) prepichujúcich rovinu. Nepravidelnosti roviny predstavujú rozloženie náboja jedného z elektrónov v prítomnosti magnetického poľa a náboja ostatných elektrónov. Ak sa do kvantovej kvapaliny pridá elektrón, vytvorí sa určité množstvo kvázičastíc s frakčným nábojom (na obrázku je to znázornené ako súbor šípok pre každý elektrón).
V roku 1998 získali Horst Stormer, Daniel Tsui a Robert Laughlin Nobelovu cenu za fyziku. V súčasnosti je H. Stormer profesorom fyziky na Kolumbijskej univerzite, D. Tsui je profesorom na Princetonskej univerzite a R. Laughlin je profesorom na Stanfordskej univerzite.

Kov (zliatina)
hliník
Morganets-antimón
Chrómový telúr

Pri meraní v automobilovej elektrike je často potrebné urobiť oscilogramy aktuálnych hodnôt. Inými slovami, nielen merať, ale podrobne študovať. Klasicky sa na takéto účely používajú prúdové transformátory alebo odpory. Tie však majú frekvenčné obmedzenia a ovplyvňujú skúmaný obvod. Na vyriešenie tohto problému je navrhnutý prúdový snímač založený na Hallovom regulátore.

Všetko by bolo v poriadku, ale takéto senzory nie sú lacné. Ak sa vám podarí zostaviť takúto možnosť vlastnými rukami, môžete veľa ušetriť. Aby ste si mohli vyrobiť model vlastnej výroby, môžete použiť niekoľko efektívnych schém.

Schéma na čipe 711

POZOR! Našli ste úplne jednoduchý spôsob, ako znížiť spotrebu paliva! neveríš? Automechanik s 15 ročnou praxou tiež neveril, kým to nevyskúšal. A teraz ušetrí 35 000 rubľov ročne na benzíne!

ACS 711 je rovnaký čip, vďaka ktorému bude možné vyrobiť snímač prúdu alebo TD na báze DC (Hallovho snímača). Frekvenčná odozva takéhoto snímača bude takmer 100 kHz, čo bude pri meraniach dosť efektívne.

Tento typ čipu má výstup, ktorý sa integruje so zosilňovačom. Ten je zase vďaka svojej účinnosti schopný zvýšiť možnosti obvodu až na 1 A / V.

Čo sa týka napájania, napätie do zosilňovača je dodávané pomocou interného zdroja 2-pólového typu. Môže to byť variant NSD10 alebo nejaký iný. Samotný mikroobvod je už napájaný stabilizátorom, ktorý má výstup s napätím 3,3 V.

Osvedčená možnosť „rozpočtu“.

Tu je to, čo musíte urobiť, aby ste vytvorili takúto možnosť:

• vyrežte drážku vo feritovom krúžku pozdĺž hrúbky puzdra;
• naneste MS na epoxidové lepidlo;
• urobte určitý počet závitov na prstenci (počet závitov bude závisieť od špecifického napätia);
• výsledkom je bezkontaktná verzia relé fungujúca na elektromagnetickej báze.

Presnosť prevádzky takéhoto dieselového motora a pravidelnosť je pomerne vysoká. Jedinou nevýhodou obvodu možno nazvať počet závitov, určený čisto empiricky. V skutočnosti nikde neexistujú výpočty konkrétneho typu. Musíte určiť počet závitov pre konkrétne jadro.

Pripravený DT MLX91206

Kumulatívna schéma, kde sa používa najtenšia vrstva feromagnetickej štruktúry alebo IC. Ten funguje ako spínač magnetického poľa, čím poskytuje vysoký zisk a nastavenie ekvivalencie šumového signálu. Táto verzia DT je ​​relevantnejšia pre meranie DC-AC napätia do 90 kHz s ohmickou izoláciou, ktorá sa vyznačuje nevýznamnými zabudovanými stratami a krátkou dobou odozvy.

Medzi výhody navyše patrí ľahká montáž a malé rozmery trupu.

MLX91206 DT je ​​regulátor, ktorý doteraz spĺňal dopyt v automobilovom priemysle. Okrem toho sa tento typ motorovej nafty používa v iných zdrojoch energie: na ochranu proti preťaženiu, v motorových systémoch atď.

Motorová nafta na čipe MLX91206 sa najčastejšie používa v hybridných automobilových systémoch, ako sú automatické meniče.

Zaujímavosťou je aj to, že tento snímač je vybavený kvalitným systémom prepäťovej ochrany, čo umožňuje jeho použitie ako samostatného regulátora integrovaného do kábla.

Princíp činnosti snímača tohto typu je založený na transformácii magnetického poľa vznikajúceho z prúdov prechádzajúcich vodičom. Obvod nemá hornú hranicu meranej úrovne napätia, keďže výkon a jeho parametre v tomto prípade závisia od veľkosti vodiča a priamej vzdialenosti od DT.

Pokiaľ ide o rozdiely medzi týmto typom motorovej nafty a podobnými:

1. Analógová výstupná rýchlosť, ktorá je vyššia (toto uľahčuje 12-bitový DAC).
2. Prítomnosť programovateľného spínača.
3. Spoľahlivá ochrana proti prepólovaniu a prepätiu.
4. PWM výstup s 12-bitovým ADC rozlíšením.
5. Obrovská šírka pásma, ktorej parametre sa rovnajú 90 kHz a oveľa viac.

Jedným slovom, tento typ DT je ​​kompaktný a efektívny snímač vyrobený technológiou Triasis Hall. Tento typ technológie je považovaný za klasický a tradičný, je citlivý na hustotu taviva, ktoré sa nanáša zreteľne rovnobežne s povrchom.

Merania, ktoré je možné vykonať pomocou hotového snímača vyrobeného technológiou Triasis Hall, sú rozdelené na merania malého napätia do 2 A, stredného prúdu. hodnoty do 30 A a prúdy do 600 A (veľké).

Pozrime sa podrobnejšie na možnosti týchto meraní.

• Malé prúdy sa merajú pomocou snímača zvýšením parametrov magnetického poľa cez cievku okolo motorovej nafty. V tomto prípade bude citlivosť merania určená rozmermi cievky a počtom závitov.
• Prúdy v rozsahu do 30 A alebo priemerné prúdy sa merajú s prihliadnutím na toleranciu napätia a celkový stratový výkon koľaje. Ten musí byť dosť hrubý a široký, inak nebude možné dosiahnuť nepretržité spracovanie priemerného prúdu.
• Nakoniec, meranie vysokých prúdov je použitie medi a hrubých stôp, ktoré môžu poháňať napätie na zadnej strane dosky plošných spojov.

DT na Hallov efekt: všeobecný pohľad

Čo je Hallov efekt? Ako viete, tento jav je založený na skutočnosti, že ak je obdĺžnikový polovodič umiestnený v magnetickom poli a prechádza cez neho napätie, potom sa na okrajoch materiálu nevyhnutne objaví elektrická sila smerujúca kolmo na magnetické pole.

Z tohto dôvodu sa magnetický senzor zvyčajne nazýva DH na počesť vedca Halla, ktorý ako prvý objavil práve tento efekt.

Čo dáva tento efekt v automobilovej elektrike? Všetko je jednoduché. Keď sa na jednosmerný prúd privedie napätie, na okrajoch platne vznikne potenciálny rozdiel (môže byť umiestnený vo vnútri jednosmerného prúdu) a je daná hodnota, ktorá je úmerná SMF (intenzite magnetického poľa).

V automobilovom sektore tak bolo možné použiť bezkontaktné prvky, ktoré sa v praxi osvedčili oveľa lepšie ako diely vybavené kontaktnými skupinami. Ten sa musel pravidelne čistiť, opravovať, meniť.

Bezkontaktné DC úspešne riadia napríklad rýchlosť otáčania hriadeľov, sú široko používané v zapaľovacích systémoch a sú použiteľné v tachometroch a ABS.

Na meranie sily prúdu v rôznych elektrických obvodoch pomocou mikroobvodu AC712 je to možné. Hallov efekt v tomto prípade poskytuje nepopierateľnú pomoc. Takto je možné vyrobiť snímač alebo regulátor elektrického prúdu na jednosmerný prúd.

Takéto snímače vám umožnia merať silu nielen priameho, ale aj striedavého prúdu a získať hodnoty v mlA.

Modul s čipom AC712 spravidla funguje striktne od 5V, ale umožňuje merať maximálnu úroveň prúdu do 5A. V tomto prípade musí byť napätie nastavené na hodnoty od 2 kW.

Vo všeobecnosti sa DT používajú všade v elektrotechnike na vytváranie spätnej väzby. V závislosti od konkrétneho miesta prevádzky je motorová nafta rozdelená do niekoľkých typov. Známe sú odporové dieselové generátory, prúdové transformátory a samozrejme dieselové generátory s Hallovým efektom.

Zaujíma nás DT na základe Hallovho efektu. Nazývajú sa tiež otvorené regulátory alebo napäťové výstupné zariadenia. Ich účel: merať striedavý, jednosmerný a impulzný prúd v rozsahu od plus / mínus 57 do plus / mínus 950 Ampérov bezkontaktným spôsobom na v.o. 3 ml.

Výstupné napätie DT je ​​jednoznačne úmerné vypočítaným prúdovým parametrom. 0. hodnota napätia sa rovná polovici napájacieho prúdu. Rozsah prúdového výstupu je teda 0,25-0,75V.

Citlivosť DT je ​​možné ľahko nastaviť transformáciou počtu závitov testovaného vodiča okolo magnetického obvodu regulátora.

Telo naftového motora musí byť vyrobené z odolného plastu PBT.

PBT plast je plastový materiál získaný homogénnym zváraním.

Čo sa týka tvrdých vývodov puzdra DT, sú ich 3. Sú určené na spájkovanie na dosku.

Výstupný obvod DT je ​​dvojica kompletných biopolárnych tranzistorov. Inými slovami, toto nie je nič iné ako polovodičové zariadenie, v ktorom sú vytvorené dva prechody a prenos náboja sa uskutočňuje nosičmi 2 polarít alebo inak elektrónmi a kvázičasticami.

DT na Hallovom efekte sú tiež originálna a nepôvodná produkcia. Prvé sa vyznačujú atraktívnym dizajnom, sú spoľahlivé a schopné poskytnúť najvyššiu presnosť odčítania. Motorová nafta nepôvodnej výroby však takéto parametre nemá, aj keď sú tiež schopné poskytnúť svoje výhody. Patrí medzi ne skladacie telo a nízke náklady.

Pozornosť. Ak sa naftový motor dá ľahko rozobrať odskrutkovaním 4 skrutiek, tak toto nie je originálne zariadenie.

Demontáž karosérie pôvodného DT nevyhnutne povedie k poruche, pretože sú vyrobené v uzavretej verzii. Samozrejme, môžete sa pokúsiť dostať do vnútra, ale to nevyhnutne povedie k poruchám. Telo takýchto zariadení je utesnené na všetkých stranách, vo všetkých spojoch.

Na porovnanie útrob továrenského dieselového motora a následné zostavenie podomácky vyrobeného okruhu sa odporúča použiť, ako bolo napísané vyššie, neoriginálne zariadenie. Nech je to napríklad čínsky DST-500. Ľahko sa rozoberá, schéma je nakreslená s ofinou, keďže je jednoduchá, neobsahuje zložité triky.

Pokiaľ ide o fungovanie, je rovnaké pre všetky druhy motorovej nafty:

• napájací vodič pod napätím prechádza magnetickým obvodom;
• vzniká cyklotrónové pole;
• prúd preteká vyrovnávacím vinutím magnetického obvodu na stabilizáciu poľa;
• Kompenzované napätie musí byť presne úmerné namáhaniu síl. vodič.

Okrem toho je na kompenzáciu magnetického obvodu snímača potrebné merať hodnoty veľkosti a znamienka DT. Na tieto účely by mal byť v magnetickom obvode vyrezaný otvor, cez ktorý je v skutočnosti vložený Hallov senzor. Signál zariadenia bude vynútený, napájajúci napájací endotron, ktorého výstup je integrovaný so stabilizačným vinutím.

Hlavným cieľom takéhoto obvodu teda bude prejsť vinutím taký zlomok napätia, ktorý by pôsobil na magnetické pole, aby sa hodnota pri prerušení magnetického obvodu priblížila k 0.

V celej zóne meraného napätia zostane zachovaná šperkárska presnosť účinnosti porovnateľnosti. Na meranie presnej kompenzácie napätia. vinutie používa presný rezistor s nízkym odporom. Veľkosť poklesu prúdu cez takýto odpor sa bude rovnať hodnote napätia v napájacom obvode.

DT tohto typu sa dá ľahko vyrobiť svojpomocne. Potreba takýchto regulátorov neustále rastie, ako už bolo spomenuté, nie sú lacné.

Hallov snímač v konkrétnom prípade je vhodné použiť špecifický, nezabalený. Môžete ho nainštalovať na úzky pásik tenkej fólie-sklenené vlákno. Pod ním by mala byť vytvorená pristávacia priehlbina, kde bude veľmi tesne zasadená na epoxidové lepidlo.

Pozornosť. Hrúbka textolitového pásu 0,8 mm sa bude považovať za normálnu, pretože vstúpi do medzery bez nadmerného trenia o steny a bez efektu visenia.

DT je ​​referenčné nastavenie na výpočet napätia vysokonapäťového výkonového pulzaru. Napríklad prúd odoberaný štartérom alebo alternátorom. A pomocou Hallovho senzora sa to dá dosiahnuť iba pomocou jedného mikroobvodu.

Na záver zaujímavé video o prúdovom senzore založenom na Hallovom senzore