3.2. Датчики Холла (дх)
При снижении концентрации носителей ЭДС Холла возрастает, поэтому в качестве материала для датчиков Холла предпочтительно использование таких полупроводников, как кремний и арсенид галлия, так как они обладают относительно невысокой концентрацией собственных носителей заряда. Напряжение Холла, создаваемого на пластине полупроводника (чувствительного элемента), как правило, требует усиления, поэтому датчики Холла, кроме чувствительного элемента, содержат схемы усиления в интегральном исполнении. Датчики также могут содержать схемы обработки сигналов и схемы компенсации нежелательных эффектов, например, тензоэффекта, влияющие на метрологические характеристики. Все эти схемы выполняются на одном кристалле и смонтированы в одном корпусе.
Датчики Холла являются основой многих типов датчиков, таких как датчики линейного или углового перемещения, датчики магнитного поля, датчики тока, датчики расхода и др. Удобство бесконтактного срабатывания (полное отсутствие механического износа), низкая стоимость, простота использования делают их незаменимыми в приборостроении, автомобильной, авиационной и других отраслях промышленности. Внешний вид и размеры некоторых датчиков Холла показаны на рис.3.
Преимущества датчиков Холла: малые размеры, простота использования и измерения электрического напряжения.
3.3. Виды датчиков Холла
ДХ является преобразователем величины индукции магнитного поля в электрическое напряжение.
В зависимости от вида передаточной функции (ПФ) датчики разделяются на линейные и цифровые (см. рис. 4).
Линейные датчики магнитного поля на эффекте Холла состоят из полупроводникового элемента Холла, стабилизатора питания, дифференциального усилителя и выходного каскада. При отсутствии магнитного поля выходное напряжение датчика должно быть равно нулю, поэтому требуется дифференциальный усилитель, устраняющей дрейф 0 при отсутствии сигнала с чувствительного элемента. Выходное напряжение этих датчиков находится в линейной зависимости от величины вектора магнитной индукции. За пределами рабочей области датчик входит в насыщение. При отсутствии внешнего магнитного поля напряжение на выходе равно половине напряжения питания.
В отличие от линейных датчиков магнитного поля, выход логических приборов, в зависимости от величины приложенного магнитного поля, принимает всего два состояния: высокий или низкий уровень. Отсюда происходит их альтернативное наименование—магнитоуправляемые коммутаторы.Обычно они применяются для определения наличия какого-либо ферромагнитного объекта в поле «зрения» датчика.
3.4. Основные характеристики датчиков Холла
3.4.1. Линейные датчики:
Полная шкала выходасоответствует диапазону выходных напряжений, в котором нелинейность не выходит из заданных пределов. Определяется как часть напряжения питания;
Диапазон измеряемой индукцииустанавливается изготовителем в гауссах или миллитеслах;
Чувствительностьопределяется как крутизна характеристики преобразования в мВ/Гс или мВ/мТл;
Погрешность линейности характеристики преобразования—отклонение статической характеристики преобразования датчика от идеальной прямой линии в заданном диапазоне давлений. Один из способов определения погрешности линейности состоит в использовании метода наименьших квадратов, который математически обеспечивает получение прямой линии наилучшего приближения к точкам данных. Указывается в процентах от полной шкалы;
Напряжение нуля магнитного поля—значение выходного напряжения, соответствующее отсутствию магнитного поля;
Температурный дрейф нуля—изменение напряжения нуля, вызванное изменением температуры. Указывается в %/°С от напряжения нуля, соответствующего 25°С;
Температурный дрейф чувствительности—изменение чувствительности, вызванное изменением температуры. Указывается в %/°С от напряжения полной шкалы, соответствующего 25°С;
Время откликаопределяется как время изменения выходного сигнала от 10% до 90% установившегося значения его приращения при скачкообразном изменении магнитного поля;
Полоса пропускания fSопределяется по уровню снижения чувствительности на 3 дБ в режиме малого сигнала.