Датчик Холла: принцип работы и области применения

Эффект Холла получил своё имя благодаря учёному Э.Г.Холлу, открывшему его в 1879 году при работе с тонкими золотыми пластинками. Эффект заключается в появлении напряжения при помещении проводящей пластинки в магнитное поле. Это напряжение так и назвали – холловское напряжение. Промышленное применение этого эффекта стало возможным лишь спустя 75 лет после открытия, когда стали производиться полупроводниковые плёнки с определёнными свойствами. Так появился датчик Холла, принцип работы которого основан на одноимённом эффекте. Этот датчик представляет собой прибор для измерения напряжённости магнитного поля. На его основе создаются и многие другие приборы: датчики углового и линейного перемещения, магнитного поля, тока, расхода и т.д. Датчик Холла имеет ряд преимуществ, благодаря которым и получил широкое распространение. Во-первых, бесконтактное срабатывание исключает механический износ. Во-вторых, он прост в использовании при довольно низкой стоимости. В-третьих, прибор имеет маленький размер. В-четвёртых, изменение частоты срабатывания не приводит к смещению самого момента измерения. В-пятых, электрический сигнал датчика не имеет характера всплеска, а при включении сразу набирает постоянную величину. Другие его плюсы: передача сигнала без икажения, бесконтактный характер самой передачи сигнала, практически безграничный срок эксплуатации, большой диапозон частот и т.д. Однако у него есть и свои минусы, основными из которых являются чувствительность к электромагнитным помехам в цепи питания и изменению температуры.

Принцип работы датчика Холла. Датчик Холла - это щелевая конструкция, с одной стороны которой расположен полупроводник, а с другой – постоянный магнит. При протекании тока в магнитном поле на электроны действует сила, вектор которой перпендикулярен и току, и полю. При этом на боковых сторонах пластины появляется разность потенциалов. В зазоре датчика находится экран, через который замыкаются силовые линии. Он препятствует образованию на пластинке разности потенциалов. Если в зазоре не будет экрана, то под действием магнитного поля с пластинки полупроводника будет сниматься разность потенциалов. При прохождении экрана (роторной лопасти) через зазор индукция на интегральной микросхеме будет нулевая, а на выходе появится напряжение.

Датчик Холла и приборы на его основе очень широко используются в авиационной, автомобильной промышленности, в приборостроении и многих других отраслях. Их выпускают такие известные фирмы, как Siemens, Micronas Intermetall, Honeywell, Melexis, Analog Device и многие другие.

Наиболее распространён так называемый ключевой датчик Холла, выход которого меняет логическое состояние в случае, если магнитное поле превышает определённую величину. Особенно широко применяются эти датчики в бесколлекторных электродвигателях в качестве датчиков положения ротора (ДПР). Логические датчики Холла используют в устройствах синхронизации, системе зажигания, считывателях магнитных карт, ключей, в бесконтактных реле и т.д. Широко применяются интегральные линейные датчики, которые используют для измерения линейного или углового перемещения и электрического тока.