7. Датчики на основе эффекта холла

Контроллеры, принцип работы которых объясняется действием этого эффекта, похожи на магниторезистивные. Эффект Холла состоит в изменении напряжения проводника при прохождении через него электрического тока, на проводник воздействует внешнее магнитное поле, которое приводит к возникновению разности потенциалов в поперечном сечении проводника. Датчик холл - эффекта состоит из тонкой слюдяной подложки прямоугольной формы, на которую наносится слой полупроводника, обладающего соответствующими электрическими параметрами. На этот слой наносятся четыре металлических электрода, из которых два - токовые. Другая пара электродов предназначена для снятия холловской разности потенциалов. К электродам подводятся тонкие проводники. Пластинка с полупроводниковым слоем может иметь толщину от 10 до 100 мк. Провода от холловских электродов датчика идут к переносному потенциометру. Чувствительность датчика колеблется в пределах 20-100 мкв/эрстед.

Рисунок 7 – Иллюстрация принципа работы датчика Холла

8. Магнитострикционные датчики перемещения

Магнитострикционный датчик выполнен в виде протяжённого канал - волновод, вдоль которого может без усилий передвигаться неизменный круглый магнит. Важным фактом является то, что внутри волновода имеется проводник, который может при воздействии на него электронных импульсов производить магнитное поле вдоль собственной длины на максимально возможное расстояние.

Основой принципа магнитострикции являются магнитомеханические свойства ферромагнитных материалов: железо, никель, кобальт, а так же их сплавов. При нахождении ферромагнетика в магнитном поле, оно вызывает микроскопическую деформацию его структуры, приводящее к изменению физических размеров ферромагнетика. Это является следствием структуры ферромагнитного материала, проще говоря, он состоит из огромного количества микроскопических элементарных магнитов, которые стремятся установиться параллельно друг другу в пределах ограниченных областей, так называемых «доменах». В обычном состоянии направление доменов хаотично, однако, при наложении магнитного поля они выстраиваются по его направлению и выравниваются параллельно друг другу. При этом, возникают собственные магнитные поля, которые могут превосходить внешнее магнитное поле в сотни раз. Вышеописанное приводит к тому, что если стержень из ферромагнитного сплава поместить в магнитное поле параллельное его оси, то стержень получит механическую деформацию, вследствие которой возникнет удлинение. Надо понимать, что на самом деле это удлинение очень мало, однако, его возможно зарегистрировать. Кроме того, создавая специальные ферромагнитные сплавы и прилагая к ним постоянные направленные магнитные поля можно оптимизировать и управлять магнитострикционным эффектом.

Схема данного типа датчика изображена на рисунке 8. Сформированное магнитное поле взаимодействует с полем постоянного магнита и конечный результат в виде поля создает такой необходимый момент кручения канала, который способен вместить в себя волновод (так называемы эффект Вайдемана). Импульсы кручения перемещаются по каналу в одну и другую сторону со звуковой скоростью материала канала. Запись результатов временной задержки в промежутке между отправкой электронного сигнала и приёма импульса вращения способствует к определению интервала до постоянного магнита, то есть можно рассчитать его место положения. Канал может состоять из весьма протяженной длины (до десятков метров), а положение магнита обычно рассчитывается с точностью до нескольких микрометров. Магнитострикционные датчики оснащены такими отличительными чертами как отличной повторяемостью, разрешением, устойчивостью к плохим внешним условиям и недостаточной чувствительностью к динамическим температурам.

Рисунок 8 – Магнитострикционный датчик перемещения.

На практике используют два типа магнитострикционных преобразователей: стержневые и кольцевые, изготовленные из магнитных сплавов или ферритов. Металлические сплавы используют для изготовления мощных магнитострикционных преобразователей, поскольку они имеют высокие прочностные характеристики. Однако большая электропроводность сплавов обусловливает кроме потерь на перемагничение значительные потери на макровихревые токи, или токи Фуко. Поэтому преобразователи выполняют в виде пакета пластин толщиной (0,1 - 0,2) мм. Значительные потери определяют сравнительно низкий КПД таких преобразователей (40 % - 50 %) и необходимость их водяного охлаждения. Ферритовые преобразователи обладают более высоким к. п. д. (70 %), так как при большом электросопротивлении не имеют потерь на токи Фуко, но их мощностные характеристики весьма ограничены из-за низкой механической прочности.