Giới thiệu
Các ứng dụng tự động hóa trong công nghiệp thường cần phát hiện các đối tượng. Có nhiều loại cảm biến được thiết kế để phát hiện sự hiện diện của các vật thể được làm bằng hầu hết mọi vật liệu.
Cảm biến hiệu ứng Hall được thiết kế đặc biệt để phát hiện các vật thể có từ tính. Chúng thường được tìm thấy trong các ứng dụng đo tốc độ / vị trí.
Cảm biến tiệm cận hiệu ứng Hall là gì?
Cảm biến hiệu ứng Hall thuộc về gia đình của Cảm biến tiệm cận. Họ phát hiện sự hiện diện bằng cách sử dụng độ lớn của từ trường được tạo ra bởi một vật thể. Nguyên tắc của hiệu ứng phòng được sử dụng để phát hiện sự hiện diện và cường độ của từ trường.
Cảm biến hiệu ứng Hall có thể phát hiện bất kỳ vật thể từ tính nào có cực tính chính xác và đủ cường độ. Điều này bao gồm nam châm điện và nam châm vĩnh cửu như neodymium nam châm.
Cảm biến Hall được sử dụng trong các ứng dụng cảm biến vị trí, khoảng cách và tốc độ. Ví dụ, ô tô ngày nay sử dụng cảm biến hiệu ứng hội trường để tính toán tốc độ của xe, vị trí trục khuỷu động cơ và tốc độ.
Một trong những hệ thống phổ biến nhất sử dụng cảm biến hiệu ứng hội trường là Chống bó cứng phanh (ABS) hệ thống trong xe. Trong các ứng dụng tự động hóa, cảm biến hội trường tìm thấy cách sử dụng của chúng trong điều khiển động cơ và thậm chí cả Cảm biến dòng điện DC.
Cảm biến tiệm cận hiệu ứng Hall hoạt động như thế nào?
Cảm biến hiệu ứng Hall chủ yếu bao gồm một miếng bán dẫn hình chữ nhật mỏng. Chất bán dẫn thường được làm bằng arsenide gali (GaAs), indium arsenide (InAs), hoặc indium antimonide (InSb).
Luôn cho phép dòng điện liên tục chạy qua vật dẫn này. Khi một nam châm được đặt gần chất bán dẫn mỏng này, nó làm gián đoạn dòng điện bằng cách làm lệch các hạt tải điện trong chất bán dẫn.
Hiện tượng này gây ra sự chênh lệch điện áp hình thành, vuông góc với dòng điện và xuyên qua chất bán dẫn. Điều này được thể hiện trong hình trên là điện tích dương và điện tích âm.
Điện áp này được gọi là Điện áp hội trường, được đặt tên theo nhà vật lý Hội trường Edwin Herbert ai đã phát hiện ra nó. Để tạo ra hiệu điện thế có thể đo được, nam châm phải:
- Các đường sức từ phải vuông góc với nhau
- Cực đối với cảm biến phải có cực tính chính xác. Đây thường là cực Nam của nam châm.
Một cảm biến hiệu ứng Hall điển hình có sơ đồ khối sau thể hiện chức năng của mạch của nó.
Bộ điều chỉnh điện áp cung cấp điện áp ổn định, trơn tru cho cảm biến, bộ khuếch đại và các thành phần khác.
Khi đặt một vật nhiễm từ gần phần cảm thì hiệu điện thế Hall tăng lên. Bộ khuếch đại khuếch đại sự khác biệt này để cung cấp bộ kích hoạt schmitt để cung cấp đầu ra sạch, không bị chập chờn.
Khi tín hiệu khuếch đại vượt quá một ngưỡng nhất định, bộ kích hoạt schmitt được kích hoạt. Tín hiệu từ bộ kích hoạt schmitt kích hoạt bóng bán dẫn.
Bóng bán dẫn hoạt động như một thiết bị chuyển đổi đầu ra, bật hoặc tắt đầu ra. Thành phần giai đoạn đầu ra phụ thuộc vào loại đầu ra của cảm biến.
Nó có thể là một bóng bán dẫn (NPN / PNP), một rơ le, hoặc thậm chí là tín hiệu thô, tương tự đại diện cho cường độ của từ trường.
Các loại cảm biến hiệu ứng Hall là gì?
Cảm biến hiệu ứng Hall có thể được phân loại theo nhiều cách.
- Cảm biến hiệu ứng Hall hai cực và Uni-cực
- Cảm biến hai cực còn được gọi là loại 'chốt'. Đầu ra của chúng được kích hoạt khi có từ trường dương (cực nam). Để tắt / nhả đầu ra, phải áp dụng trường âm (cực bắc).
- Cảm biến đơn cực bật đầu ra khi có từ cực nam và tắt đầu ra của nó khi loại bỏ nam châm.
- Đầu ra kỹ thuật số và tương tự
- Cảm biến loại đầu ra kỹ thuật số tạo ra một đầu ra logic khác biệt CAO hoặc THẤP trong khi cảm biến tương tự xuất ra một loạt các giá trị như 0-5V hoặc 4-20mA.
Phạm vi của cảm biến hiệu ứng Hall là gì?
Cảm biến Hall có phạm vi hoạt động điển hình là khoảng 0-40mm. Tuy nhiên, điều này cũng phụ thuộc trực tiếp vào mật độ từ thông của vật thể.
Nam châm mạnh hơn có nhiều ảnh hưởng hơn và có thể kích hoạt cảm biến ở khoảng cách tương đối cao hơn. Nam châm yếu hơn nên được đặt rất gần với cảm biến để kích hoạt nó.
Sự khác biệt giữa cảm biến Hall và cảm biến cảm ứng là gì?
Sự khác biệt chính giữa hai cảm biến này là cách chúng phát hiện các đối tượng. Cảm biến tiệm cận cảm ứng tạo ra từ trường của riêng chúng và theo dõi sự thay đổi của trường để phát hiện các đối tượng.
Điều này có nghĩa là cảm biến giám sát thay đổi trong từ trường của chính nó bởi các đối tượng bên ngoài.
Cảm biến hiệu ứng Hall giám sát từ trường bên ngoài. Chúng yêu cầu đối tượng được phát hiện phải tạo ra từ trường của chính nó. Do đó, cảm biến hiệu ứng hội trường chỉ có thể phát hiện nam châm vĩnh cửu và nam châm điện.
Cảm biến tiệm cận cảm ứng có thể phát hiện nhiều loại kim loại như sắt, đồng và nhôm.
Cảm biến tiệm cận hiệu ứng Hall dễ bị nhiễu từ trường. Cảm biến tiệm cận cảm ứng tương đối chịu được những nhiễu này. Tuy nhiên, hiệu suất của cả hai cảm biến có thể bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ khắc nghiệt và quá trình tích tụ chip.
Khi xem xét độ phức tạp của việc lắp đặt, các cảm biến cảm ứng tương đối dễ lắp đặt hơn vì chúng có thể sử dụng một phần của máy như một đối tượng cảm biến (tức là cảm biến giới hạn).
Cảm biến Hall yêu cầu một phụ kiện từ tính đặc biệt được gắn vào máy khác với chính cảm biến (tức là cảm biến tốc độ bánh xe).
Cách sử dụng cảm biến hiệu ứng Hall với Arduino
Tương tự như cảm biến tiệm cận công nghiệp, có những phiên bản thu nhỏ của chúng trên thị trường. US5881 / US1881 là một số cảm biến hiệu ứng hội trường phổ biến tương thích với 5V.
Điều này có nghĩa là chúng ta có thể dễ dàng tích hợp chúng với Arduino để cảm nhận các vật thể có từ tính.
Hình ảnh bên dưới cho thấy cách đấu dây điển hình của US1881 đến arduino. Điện trở 10k hoạt động như một điện trở kéo lên để cung cấp đầu vào ổn định cho Arduino khi không có đối tượng nào được phát hiện.
Chân đầu ra của US1881 có thể được kết nối với bất kỳ chân kỹ thuật số nào của Arduino. Nếu cảm biến được sử dụng để đo tốc độ của bánh xe, thì việc sử dụng một chốt hỗ trợ ngắt bên ngoài có thể có lợi.
Trong ví dụ này, đầu ra cảm biến hội trường được kết nối với chân 2 của Arduino Uno.
| const int ledPin = 10; const int hội trườngPin = 2; làm mất hiệu lực thiết lập() { pinMode (ledPin, OUTPUT); pinMode (hallPin, INPUT); } làm mất hiệu lực vòng lặp() { if(digitalRead (hallPin) == LOW) { digitalWrite (ledPin, HIGH); } khác { digitalWrite (ledPin, LOW); } } |
Arduino này liên tục theo dõi trạng thái đầu ra của cảm biến Hall. Khi một nam châm được đặt gần cảm biến, nó sẽ xuất ra tín hiệu logic LOW.
Arduino giám sát điều này và nếu tín hiệu THẤP, nó sẽ bật đèn LED. Khi không có nam châm, đầu ra của cảm biến hội trường là mức logic CAO. Quan sát điều này, Arduino tắt đèn LED.
Kết luận
Trong bài viết này, chúng tôi đã thảo luận về cảm biến tiệm cận hiệu ứng Hall là gì, cách chúng hoạt động và ứng dụng của chúng. Cảm biến hiệu ứng Hall cực kỳ hữu ích trong các ứng dụng tốc độ cao như cảm biến tốc độ.
Tùy thuộc vào ứng dụng, cũng có thể có các lựa chọn thay thế tốt hơn như cảm biến tiệm cận cảm ứng, quang học hoặc điện dung.
