Датчики тока на эффекте Холла: принцип работы и применение

Как устроены и работают датчики тока на эффекте Холла
Датчик Холла, ячейка Холла, генератор Холла или магнитный датчик — это
электронный компонент, работа которого основана на техническом
использовании так называемого эффекта Холла.
Магнитные датчики, как правило, представляют собой полупроводниковые
устройства, которые сегодня пользуются большим спросом из-за их высокой
точности и точности, бесконтактного действия, относительно низких затрат на
техническое обслуживание, компактной конструкции и т. д.
Доступны магнитные датчики без сердечника, предназначенные для
различных видов промышленного применения, Например, закрытые
устройства с эффектом Холла водонепроницаемы и способны выдерживать
любую вибрацию.
Датчики на эффекте Холла используются для измерения магнитных полей или
других величин (например, больших токов - от 0,5 до 10 кА), преобразованных
в магнитные поля, управления синхронными электродвигателями,
электродвигателями постоянного тока (например, в компьютерных
вентиляторах).
Также они используются в конструкциях различных механических датчиков
положения, скорости, ускорения, бесконтактных кнопок и т. д., где
постоянный магнит помещается на подвижную часть (смотрите - Применение
датчиков Холла).
Датчик на эффекте Холла работает в основном за счет действия силы Лоренца.
Принцип работы датчика Холла
Сам элемент Холла на самом деле является датчиком, в частности, датчиком
магнитного поля. Если его дополнить оценочной электроникой, которая не
только усиливает, модифицирует и стандартизирует результирующее
напряжение Холла, но также регулирует и стабилизирует напряжение питания
элемента, генерирующего постоянный ток, будет создан полноценный датчик.
Поддержание постоянного тока является основным условием того, чтобы
изменение напряжения Холла было равно только изменению величины
индукции магнитного поля.
Датчики Холла обычно состоят из прямоугольного куска полупроводника,
такого как антимонит индия (InSb) или арсенид галлия (GaAs), известного как
датчик Холла, установленного на алюминиевой пластине и полностью
закрытого внутри головки датчика.
Рукоятка зонда из немагнитного материала соединена с головкой зонда так,
что
плоскость
прямоугольной
полупроводниковой
пластины
перпендикулярна рукоятке зонда.
Точность измерения зависит от основного принципа: в датчиках Холла
магнитное поле первичного тока группируется в кольцевом сердечнике,
окружающем проводник.
Кольцевой сердечник имеет воздушный зазор, в котором размещен датчик.
Датчик Холла выдает напряжение, прямо пропорциональное протекающему
току. Таким образом первичный ток может быть определен с точностью до ±
0,5 %.
Датчики тока с косвенной компенсацией (Closed Loop) имеют аналогичную
конструкцию, но улавливают ток немного точнее. Отклонение в 0,5% от
фактического значения является здесь максимальным значением.
Эти датчики также работают с кольцевым сердечником, который создает
напряжение Холла. Однако напряжение здесь не измеряется напрямую, а
используется для регулирования цепи вторичного тока.
Датчик Холла регулирует протекание вторичного тока таким образом, что
магнитные поля вторичного и первичного тока всегда компенсируют друг
друга.
Вторичный ток одновременно подает выходной сигнал. Этот тип датчика
имеет то преимущество, что он измеряет очень точно даже при экстремальных
температурах окружающей среды от -40 °C до +85 °C. Датчики тока
обеспечивают классический аналоговый сигнал, который, например,
микроконтроллер преобразователя частоты преобразует в цифровые сигналы
и, таким образом, может использоваться для более высокого уровня
регистрации состояния.