§ 14.3. Применение датчиков Холла и датчиков магнитосопротивления

Основное применение датчики Холла и датчики магнитосопротив­ления находят для измерения магнитных полей. Они применяются в очень широком диапазоне напряженности магнитного поля: от 1 до 10⁹ А/м. С их помощью можно определять кривые намагничивания магнитных материалов, распределение магнитных полей в электри­ческих машинах и электромагнитных устройствах. При измерениях в сильных магнитных полях (Я > 10⁷ А/м) ЭДС Холла составляет де­сятые доли вольт и может быть измерена вольтметром с большим

внутренним сопротивлением или с помощью компенсационной схе­мы. Регулировка чувствительности производится изменением на­пряжения, питающего датчик. Для увеличения выходного сигнала используют последовательное соединение нескольких датчиков Холла. При измерениях в средних магнитных полях <10⁵ А/м < Н< 10⁷ А/м) требуется усиление выходного напряжения датчика. При измерениях в слабых магнитных полях (Ж 10⁵ А/м) используют так называемые концентраторы магнитного поля. В ка­честве таких концентраторов используют круглые длинные стержни с узким зазором между ними, куда и помещается датчик. Стержни изготовляют из материалов с высокой магнитной проницаемостью, чаще всего из пермаллоя. При длине стержней в 1 метр, диаметре 5 мм и зазоре в 0,3 мм можно получить коэффициент усиления маг­нитного поля в 1500 раз. Датчики Холла с концентраторами магнит­ного поля способны чувствовать напряженность магнитного поля в 0,1 А/м. С их помощью можно исследовать даже очень слабое маг­нитное поле Земли. Однако надо отметить, что измерения средних и слабых магнитных полей с помощью датчиков Холла пока целесо­образны лишь в лабораторных, а не промышленных условиях.

В средних и слабых магнитных полях датчики Холла очень чувст­вительны к колебаниям температуры и нуждаются в стабильном пи­тании и сложных измерительных схемах. Например, термоЭДС меж­ду материалом датчика и его выводами соизмерима с выходным сиг­налом. Да и при измерениях в сильных магнитных полях используют схемы термокомпенсации погрешности с помощью терморезисторов, а порой даже и термостатирование, т. е. измерения проводят в каме­ре, где автоматически поддерживается постоянная температура.

По существу, датчик Холла является элементарным умножаю­щим устройством, поскольку его выходной сигнал пропорционален произведению напряженности на ток. На этом, в сущности, и осно­ваны все возможные применения датчика Холла. При постоянном токе через датчик выходной сигнал пропорционален напряженности магнитного поля. А поместив датчик в постоянное магнитное поле, можно измерять ток, проходящий через него, по значению ЭДС Холла. Это единственный способ определения распределения токов в электролитических ваннах.

Датчики магнитосопротивления также вначале использовались для измерения магнитных полей, но затем были вытеснены более совершенными датчиками Холла на новых полупроводниковых ма­териалах. Однако датчики магнитосопротивления по устройству проще датчиков Холла. Наилучшей формой для датчика магнито­сопротивления является диск с одним выводом в центре и другим —

на окружности. Зависимости относительного изменения сопротив­ления датчиков магнитосопротивления разной формы от магнитной индукции показаны на рис. 14.3.

Основным достоинством датчика магнитосопротивления явля­ется возможность бесконтактного изменения активного сопротив­ления.

Одним из возможных применений датчиков магнитосопротив­ления является создание бесконтактных клавишных выключателей. При нажатии на кнопку такого выключателя перемещается магнит и изменяется магнитный поток, воздействующий на Датчик магни­тосопротивления.

Известны также применения датчиков Холла и магнитосопро­тивления в системах автоматики в качестве измерителей тока в то-коведущих шинах, бесконтактных потенциометров для преобразова­ния механического перемещения (линейного или углового) в про­порциональный электрический сигнал. Удобно применять датчики Холла в автоматических устройствах, контролирующих состояние стальных канатов.

Пока еще датчики Холла и датчики магнитосопротивления сравнительно мало применяются в системах промышленной авто­матики. Но бурное развитие полупроводниковой технологии ведет к расширению их применения.

Следует отметить, что в последнее время к таким датчикам при­бавились еще и близкие по принципу действия магнитодиодные и гальваномагнитно-рекомбинационные преобразователи.

Контрольные вопросы