Cảm biến tiệm cận hiệu ứng Hall

Giới thiệu

Các ứng dụng tự động hóa trong công nghiệp thường cần phát hiện những đối tượng người dùng. Có nhiều loại cảm biến được phong cách thiết kế để phát hiện sự hiện hữu của những vật thể được làm bằng hầu hết mọi vật tư .
Cảm biến hiệu ứng Hall được phong cách thiết kế đặc biệt quan trọng để phát hiện những vật thể có từ tính. Chúng thường được tìm thấy trong những ứng dụng đo tốc độ / vị trí .

Cảm biến tiệm cận hiệu ứng Hall là gì ?

Cảm biến hiệu ứng Hall thuộc về gia đình của Cảm biến tiệm cận. Họ phát hiện sự hiện diện bằng cách sử dụng độ lớn của từ trường được tạo ra bởi một vật thể. Nguyên tắc của hiệu ứng phòng được sử dụng để phát hiện sự hiện diện và cường độ của từ trường.

Cảm biến hiệu ứng Hall hoàn toàn có thể phát hiện bất kể vật thể từ tính nào có cực tính đúng chuẩn và đủ cường độ. Điều này gồm có nam châm từ điện và nam châm hút vĩnh cửu như neodymium nam châm hút .
Cảm biến Hall được sử dụng trong những ứng dụng cảm biến vị trí, khoảng cách và tốc độ. Ví dụ, xe hơi ngày này sử dụng cảm biến hiệu ứng hội trường để đo lường và thống kê tốc độ của xe, vị trí trục khuỷu động cơ và tốc độ .
Một trong những mạng lưới hệ thống phổ cập nhất sử dụng cảm biến hiệu ứng hội trường là Chống bó cứng phanh ( ABS ) mạng lưới hệ thống trong xe. Trong những ứng dụng tự động hóa, cảm biến hội trường tìm thấy cách sử dụng của chúng trong điều khiển và tinh chỉnh động cơ và thậm chí còn cả Cảm biến dòng điện DC .

Cảm biến tiệm cận hiệu ứng Hall hoạt động giải trí như thế nào ?

Cảm biến hiệu ứng Hall đa phần gồm có một miếng bán dẫn hình chữ nhật mỏng mảnh. Chất bán dẫn thường được làm bằng arsenide gali ( GaAs ), indium arsenide ( InAs ), hoặc indium antimonide ( InSb ) .
Luôn được cho phép dòng điện liên tục chạy qua vật dẫn này. Khi một nam châm từ được đặt gần chất bán dẫn mỏng mảnh này, nó làm gián đoạn dòng điện bằng cách làm lệch những hạt tải điện trong chất bán dẫn .

Hiện tượng này gây ra sự chênh lệch điện áp hình thành, vuông góc với dòng điện và xuyên qua chất bán dẫn. Điều này được bộc lộ trong hình trên là điện tích dương và điện tích âm .

Điện áp này được gọi là Điện áp hội trường, được đặt tên theo nhà vật lý Hội trường Edwin Herbert ai đã phát hiện ra nó. Để tạo ra hiệu điện thế có thể đo được, nam châm phải:

• Các đường sức từ phải vuông góc với nhau
• Cực so với cảm biến phải có cực tính đúng chuẩn. Đây thường làcực Namcủa nam châm từ .

Một cảm biến hiệu ứng Hall nổi bật có sơ đồ khối sau bộc lộ tính năng của mạch của nó .

Bộ kiểm soát và điều chỉnh điện áp cung ứng điện áp không thay đổi, trơn tru cho cảm biến, bộ khuếch đại và những thành phần khác .
Khi đặt một vật nhiễm từ gần phần cảm thì hiệu điện thế Hall tăng lên. Bộ khuếch đại khuếch đại sự độc lạ này để phân phối bộ kích hoạt schmitt để phân phối đầu ra sạch, không bị chập chờn .
Khi tín hiệu khuếch đại vượt quá một ngưỡng nhất định, bộ kích hoạt schmitt được kích hoạt. Tín hiệu từ bộ kích hoạt schmitt kích hoạt bóng bán dẫn .
Bóng bán dẫn hoạt động giải trí như một thiết bị quy đổi đầu ra, bật hoặc tắt đầu ra. Thành phần tiến trình đầu ra nhờ vào vào loại đầu ra của cảm biến .
Nó hoàn toàn có thể là một bóng bán dẫn ( NPN / PNP ), một rơ le, hoặc thậm chí còn là tín hiệu thô, tựa như đại diện thay mặt cho cường độ của từ trường .

Các loại cảm biến hiệu ứng Hall là gì ?

Cảm biến hiệu ứng Hall hoàn toàn có thể được phân loại theo nhiều cách .

• Cảm biến hiệu ứng Hall hai cực và Uni-cực
  • Cảm biến hai cực còn được gọi là loại ‘ chốt ‘. Đầu ra của chúng được kích hoạt khi có từ trường dương ( cực nam ). Để tắt / nhả đầu ra, phải vận dụng trường âm ( cực bắc ) .
  • Cảm biến đơn cực bật đầu ra khi có từ cực nam và tắt đầu ra của nó khi vô hiệu nam châm từ .
• Đầu ra kỹ thuật số và tương tự như
  • Cảm biến loại đầu ra kỹ thuật số tạo ra một đầu ra logic độc lạ CAO hoặc THẤP trong khi cảm biến tựa như xuất ra một loạt những giá trị như 0-5 V hoặc 4-20 mA .

Phạm vi của cảm biến hiệu ứng Hall là gì ?

Cảm biến Hall có phạm vi hoạt động điển hình là khoảng 0-40mm. Tuy nhiên, điều này cũng phụ thuộc trực tiếp vào mật độ từ thông của vật thể.

Nam châm mạnh hơn có nhiều tác động ảnh hưởng hơn và hoàn toàn có thể kích hoạt cảm biến ở khoảng cách tương đối cao hơn. Nam châm yếu hơn nên được đặt rất gần với cảm biến để kích hoạt nó .

Sự độc lạ giữa cảm biến Hall và cảm biến cảm ứng là gì ?

Sự độc lạ chính giữa hai cảm biến này là cách chúng phát hiện những đối tượng người dùng. Cảm biến tiệm cận cảm ứng tạo ra từ trường của riêng chúng và theo dõi sự biến hóa của trường để phát hiện những đối tượng người tiêu dùng .
Điều này có nghĩa là cảm biến giám sát đổi khác trong từ trường của chính nó bởi những đối tượng người tiêu dùng bên ngoài .
Cảm biến hiệu ứng Hall giám sát từ trường bên ngoài. Chúng nhu yếu đối tượng người tiêu dùng được phát hiện phải tạo ra từ trường của chính nó. Do đó, cảm biến hiệu ứng hội trường chỉ hoàn toàn có thể phát hiện nam châm hút vĩnh cửu và nam châm từ điện .
Cảm biến tiệm cận cảm ứng hoàn toàn có thể phát hiện nhiều loại sắt kẽm kim loại như sắt, đồng và nhôm .
Cảm biến tiệm cận hiệu ứng Hall dễ bị nhiễu từ trường. Cảm biến tiệm cận cảm ứng tương đối chịu được những nhiễu này. Tuy nhiên, hiệu suất của cả hai cảm biến hoàn toàn có thể bị tác động ảnh hưởng bởi nhiệt độ khắc nghiệt và quy trình tích tụ chip .
Khi xem xét độ phức tạp của việc lắp ráp, những cảm biến cảm ứng tương đối dễ lắp ráp hơn vì chúng hoàn toàn có thể sử dụng một phần của máy như một đối tượng người tiêu dùng cảm biến ( tức là cảm biến số lượng giới hạn ) .
Cảm biến Hall nhu yếu một phụ kiện từ tính đặc biệt quan trọng được gắn vào máy khác với chính cảm biến ( tức là cảm biến tốc độ bánh xe ) .

Cách sử dụng cảm biến hiệu ứng Hall với Arduino

Tương tự như cảm biến tiệm cận công nghiệp, có những phiên bản thu nhỏ của chúng trên thị trường. US5881 / US1881 là một số ít cảm biến hiệu ứng hội trường thông dụng thích hợp với 5V .
Điều này có nghĩa là tất cả chúng ta hoàn toàn có thể thuận tiện tích hợp chúng với Arduino để cảm nhận những vật thể có từ tính .
Hình ảnh bên dưới cho thấy cách đấu dây nổi bật của US1881 đến arduino. Điện trở 10 k hoạt động giải trí như một điện trở kéo lên để phân phối nguồn vào không thay đổi cho Arduino khi không có đối tượng người dùng nào được phát hiện .

Chân đầu ra của US1881 có thể được kết nối với bất kỳ chân kỹ thuật số nào của Arduino. Nếu cảm biến được sử dụng để đo tốc độ của bánh xe, thì việc sử dụng một chốt hỗ trợ ngắt bên ngoài có thể có lợi.

Trong ví dụ này, đầu ra cảm biến hội trường được liên kết với chân 2 của Arduino Uno .

const intledPin =10; const inthội trườngPin =2; làm mất hiệu lực thiết lập( ) { pinMode ( ledPin, OUTPUT ) ; pinMode ( hallPin, INPUT ) ; } làm mất hiệu lực vòng lặp( ) { if( digitalRead ( hallPin ) = = LOW ) { digitalWrite ( ledPin, HIGH ) ; }khác{ digitalWrite ( ledPin, LOW ) ; } }

Arduino này liên tục theo dõi trạng thái đầu ra của cảm biến Hall. Khi một nam châm được đặt gần cảm biến, nó sẽ xuất ra tín hiệu logic LOW.

Arduino giám sát điều này và nếu tín hiệu THẤP, nó sẽ bật đèn LED. Khi không có nam châm hút, đầu ra của cảm biến hội trường là mức logic CAO. Quan sát điều này, Arduino tắt đèn LED .

Kết luận

Trong bài viết này, chúng tôi đã đàm đạo về cảm biến tiệm cận hiệu ứng Hall là gì, cách chúng hoạt động giải trí và ứng dụng của chúng. Cảm biến hiệu ứng Hall cực kỳ hữu dụng trong những ứng dụng tốc độ cao như cảm biến tốc độ .

Tùy thuộc vào ứng dụng, cũng hoàn toàn có thể có những lựa chọn sửa chữa thay thế tốt hơn như cảm biến tiệm cận cảm ứng, quang học hoặc điện dung .