5 Магниторезистивные, индукционные, магнитострикционные, трансформаторные датчики, датчики Холла.

1) Магниторезистивные датчики отличаются высокой чувствительностью и позволяют измерять самые малые изменения магнитного поля. Они применяются в магнитометрии для решения различных задач: определения угла поворота, положения объекта относительно магнитного поля земли, измерения частоты вращения зубчатых колес и др.

Принцип работы магниторезистивных датчиков основан на изменении направления намагниченности внутренних доменов слоя пермаллоя (NiFe) под воздействием внешнего магнитного поля. В зависимости от угла между направлением тока и вектором намагниченности изменяется сопротивление пермаллоевой пленки. Под углом 90° оно минимально, угол 0° соответствует максимальному значению сопротивления.

К числу преимуществ магниторезистивных датчиков можно отнести:

• отсутствие зависимости от расстояния между магнитом и датчиком;

• широкий диапазон рабочих температур (от –55 до 150°С);

• датчики зависят только от направления поля, а не его интенсивности;

• долгий срок службы, независимость от магнитного дрейфа.

Магниторезистивные датчики применяются для:

• контроля перемещений объектов в робототехнике;

• измерения слабых полей (системы навигации, компенсация поля Земли, электронные и цифровые компасы и т.д.);

• измерения частоты вращения (КПП, АБС, системы управления двигателем);

• измерения угловой координаты (например, для регулировки сидения, в посудомоечных машинах, в системах рулевого управления, для регулировки фаз и т.д.);

• построения бесконтактных датчиков тока с гальванической развязкой.

2) Индукционные (трансформаторные) датчики преобразуют измеряемую неэлектрическую величину в ЭДС индукции. Принцип действия датчи­ков основан на законе электромагнитной индукции. К этим датчикам относятся тахогенераторы постоянного и переменного то­ка, представляющие собой небольшие электромашинные генерато­ры, у которых выходное напряжение пропорционально угловой ско­рости вращения вала генератора. Тахогенераторы используются как датчики угловой скорости.

Тахогенератор представляет собой электрическую машину, работающую в генераторном режиме. При этом вырабатываемая ЭДС пропорциональна скорости вращения и величине магнитного потока. Кроме того, с изменением скорости вращения изменяется частота ЭДС. Применяются как датчики скорости (частоты вращения). 

3) Магнитострикционные датчики уровня позволяют проводить самые точные непрерывные измерения уровня жидкостей. Магнитострикционные датчики уровня позволяют проводить измерения с точностью до 0,005%. Принцип действия датчиков основан на прохождении радиочастотного импульса по волноводу из магнитострикционного материала. Вмонтированный в поплавок датчика магнит изменяет структуру материала стержня, и прохождение радиочастотного импульса через эту зону вызывает образование ультразвукового импульса, по времени распространения которого судят об уровне жидкости.

4) Датчики Холла.

В простейшем рассмотрении эффект Холла выглядит следующим образом. Пусть через металлический брус в слабом магнитном поле B течет электрический ток под действием напряженности E. Магнитное поле будет отклонять носители заряда (для определенности электроны) от их движения вдоль или против электрического поля к одной из граней бруса. При этом критерием малости будет служить условие, что при этом электрон не начнет двигаться по спирали.

Таким образом, сила Лоренца приведет к накоплению отрицательного заряда возле одной грани бруска и положительного возле противоположной. Накопление заряда будет продолжаться до тех пор, пока возникшее электрическое поле зарядов E₁ не скомпенсирует магнитную составляющую силы Лоренца: Скорость электронов v можно выразить через плотность тока: , где n — концентрация носителей заряда. Тогда .

Коэфициент пропорциональности между E₁ и jB называется коэфициентом (константой) Холла. В таком приближении знак постоянной Холла зависит от знака носителей заряда, что позволяет определять их тип для большого числа металлов. Для некоторых металлов (в сильных полях), таких как алюминий, цинк, железо, кобальт, наблюдается положительный знак R_H, что объясняется в полуклассической и квантовой теориях твердого тела.