За правилната, надеждна и безпроблемна работа на съвременните силови и не много електроника продукти е много важно правилно да се определят величините и формите на напреженията и токове, действащи в устройството. Съдбата на проекта, финансовият успех или неуспехът в експлоатация и дори животът на хората могат да зависят от избора на такъв привидно прост елемент като електромер за ток или напрежение. Една от най-подходящите за такива измервания (в бъдеще ще се опитаме да използваме термина "трансформация", тъй като LLC "DTiN Laboratory" подкрепя мнението, че сензорите по дефиниция не са измервателни уреди) опцията са измервателните уреди, операцията от които се основава на ефекта на Хол. Предимството на тези преобразуватели е липсата на енергийни загуби в управляваната верига, галванична изолация между входните и изходните вериги, скоростта, възможността за работа в широк диапазон от температури и захранващи напрежения, възможността за директно взаимодействие с различни контролни и контролни устройства.
Точността на измервателите с ефект на Хол е в диапазона от 0,2 до 2 процента и зависи преди всичко от схемата, използвана при проектирането на устройството. Те се използват широко в различни електрически инсталации, като правило, в защитни, контролни и управляващи вериги, но например поради редица ограничения практически никога не се използват за търговско измерване на електроенергия. Подобни преобразуватели на електрически сигнали могат да бъдат намерени и в съвременна заваръчна машина, и в система за управление на асансьора, и в автомобил; работата на железопътния транспорт сега е немислима без тези устройства. Устройствата с ефект на Хол могат да преобразуват както променлив, така и постоянен ток. Въпреки факта, че често се наричат "токови трансформатори", този факт е основната им разлика и предимство.
Ефектът на Хол е открит преди повече от 130 години от американския учен Едуин Хол по време на експерименти с магнитни полета. Оттогава този ефект е описван многократно в голямо разнообразие от литература. Тя се основава на появата на напречна електрическа потенциална разлика в проводник с постоянен ток в магнитно поле.
На какво трябва да обърнете внимание при избора на устройство за измерване на показатели
- Захранващо напрежение. За промишлени измервателни устройства се използват както биполярно (± 12V, ± 15V, ± 18V, ± 24V.), така и еднополярно (+5, 12, 24V) захранване. Изборът му зависи както от възможностите и нуждите на разработчика, така и от условията за взаимодействие с звената за управление и управление.
- Точност на преобразуване. Както вече споменахме, съществуващите измервателни уреди, работещи на ефекта на Едуин Хол, имат точност от 0,2 до 2 процента, докато този параметър, като правило, се определя от начина на изграждане на самия измервателен уред - по схема на директно усилване или компенсация, с 100% обратна връзка. Както в повечето случаи, по-точното измервателно устройство от компенсационен тип за същия номинален електрически ток е по-скъпо от неговия аналог, сглобен по схема на директно усилване, като правило има големи размери и ясно по-висока консумация на електрически ток от източника на захранване. Предимствата му ще бъдат не само по-голяма точност, за която вече споменахме, но и по-добра линейност и устойчивост на шум.
- Диапазон на преобразуване. Такива конструкции са способни да преобразуват входен сигнал в пропорционален изходен или съответен цифров сигналсила на тока от няколкостотин милиампера до няколко хиляди ампера. Разбира се, такъв механизъм е 10kA и повече, по-скъп от своя колега с 25A.
- Кадър. Тези единици може да имат Различни видовесгради. Има опции за монтаж на печатна електронна платка, шаси или DIN шина.
- Температурата, при която тези модули могат да работят правилно. И така, понижено работна температураза измервателни уреди, работещи с ток и напрежение, като правило, -40 C, но има продукти, които остават работещи дори при -50 и дори -55 C. Повишената работна температура за повечето съвременни продукти достига + 85C, има проби, които работят при + 105C.
Класификация на преобразувателите според принципа на конструкцията.
- Директен преобразувател на усилване. Предимства - компактен размер, ниска консумация на енергия, възможност за работа с електрически сигнали от единици ампера до десетки килоампера, ниска цена... Използват се за работа със сигнали в честотния диапазон от DC до 25, по-рядко 50 kHz. Грешка при преобразуване и нелинейност в рамките на процентни единици. Този тип продукт има висок капацитет на претоварване, сравнително евтин и компактен.
- Измери със 100% обратна връзка, известни също като сензори за "компенсация" или "нулев поток". Както подсказва името, основната му отличителна черта е наличието на контур, затворен в магнитен поток. Такива устройства се използват за преобразуване на първичния сигнал от стотици милиампера до десетки килоампера, с всякаква форма и честота, вариращи от постоянен ток и завършващ на ниво 100-150-200 kHz. Компенсационните преобразуватели на тези сигнали се отличават с най-добра точност, линейност и устойчивост на външни магнитни полета. Диапазонът на преобразуване на тези инструменти е по-нисък от този на дизайните с директно усилване.
- Сензор за напрежение. Един вид компенсиращо устройство на устройството за преобразуване на електрически сигнал, характеризиращо се с наличието на вградена първична намотка с голяма сумазавои. Напрежението се измерва чрез преобразуване на малък първичен сигнал (обикновено при номинално напрежение 5 или 10 mA, изборът зависи от конструктора), зададен от резистор, свързан последователно с първичната намотка, в пропорционален изходен сигнал. Тези устройства имат доста широк обхват входни напрежения, но имат ограничения за честотата на входния сигнал, тъй като първичната намотка има значителна индуктивност.
- Относително нов типпреобразувател - интегрален, е развитие на схемата за директно усилване. Предимството е малък размер, ниска цена. През времето от момента на появата през 1879 г. до днесАпаратите, работещи върху ефекта, открит от Едуин Хол, са се променили много, много забележимо. Повишиха се точността и надеждността, температурната стабилност се подобри значително, размерите и цените на тези механизми постоянно намаляват. Всички тези подобрения станаха възможни в резултат на развитието на технологиите в производството електронни компонентии в резултат на новите изисквания към този клас продукти. Все повече и повече приложение се намира в модерен животнаситени с електронни и електрически устройства.
Съвременната индустрия поставя специални изисквания за надеждност и стабилност на работата на електрическите преобразуватели на данни, използвани за наблюдение на работата и управление. най-сложните системи... Това налага да продължим да подобряваме дизайна на устройствата, подобрявайки техническите им характеристики, правейки ги все по-надеждни, прости и удобни за използване.
По правило начинаещият разработчик стига до крайности, определя точност от най-малко 0,1% и честотна характеристикаот 100 kHz и след това дълго се чуди, че предложеното му решение струва пари, сравними с цената на половината, или дори на цялата му разработка. Повечето съвременни приложенияпоради подобряването на параметрите на силовите полупроводници, точността от 1-2% е повече от достатъчна, а ключовият фактор при избора на преобразуватели е надеждността и стабилността на работа, но тези проблеми не са пряко свързани с веригата и заслужават отделно разглеждане.
Измервателна техникаТоков сензор за елемент на Хол
Функционалната диаграма на сензора за ток от компенсационен тип е показана на фиг. 1 Чувствителният към магнитното поле елемент на Хол се намира в процепа на пръстеновидната магнитна верига.
Измереният ток Imeas, протичащ през намотката I., създава магнитен поток в магнитната верига, който индуцира ЕДС в чувствителния елемент на Хол, пропорционален на този ток. След усилване сигналът, взет от елемента, се подава към компенсационна намотка II.Токът Ic, протичащ през него, създава магнитен поток в обратна посока в магнитната верига. Магнитната система, елементът на Хол и усилвателят образуват отрицателна обратна връзка, която поддържа равенство
където W1 и W || - броят на завоите на намотките I и II Резисторът R1, свързан последователно с намотка II, преобразува компенсиращия ток в изходно напрежениесензор. Ако изберем съпротивлението на този резистор в ома, числено равно на съотношението на броя на завоите на намотката II
до броя на завоите на намотката I, тогава изходното напрежение във волта ще стане числено равно на измерения ток в ампери
Чертежът с размери на елемента на Хол DHK-0.5A, използван в сензора, е показан на фиг. 2 Холово напрежение, пропорционално на управляващия ток и индукцията магнитно поле, измерена между клемите + U и -U. Чувствителността на елемента при номинална стойност на управляващия ток от 3 mA (вливащ в клемата + I и изходящ от клемата -I) е 280 mV / T. Посочената полярност на напрежението и посоката на тока съответстват на вектора на магнитна индукция B, насочен, както е показано на фиг. 2 със стрелка. Остатъчното изходно напрежение (при липса на магнитно поле) не надвишава 7 mV Входно съпротивление (между клемите I) - 1,8 ... 3 kΩ, изход (между клемите U) - не повече от 3 kΩ.
Ако има елемент на Хол с неизвестна чувствителност, той може да се определи експериментално чрез поставяне на елемента във въздушна междина с дължина d на всяка магнитна верига, на която е навит известен брой навивки W на който и да е проводник. Свързва се източник на управляващ ток към "текущите" изводи на елемента, а към другите два е свързан миливолтметър. През намотката се пропуска постоянен ток I. Чувствителността (mV / T) е частното от разделянето на показанията на миливолтметъра на магнитната индукция, изчислено по формулата
Веригата на сензора за ток е показана на фиг. 3 Върху него магнитната система е изобразена като трансформатор Т1, в процепа на магнитната верига на който е вмъкнат елементът на Хол В1. Усилвателят е сглобен на оп-усилвател DA1 и транзистори VT2, VT3. Стабилизаторът на тока на транзистора VT1 задава контролния ток, протичащ през елемента на Хол.
За захранване на сензора е необходим биполярен източник. постоянно напрежение+/- 15 V Основният консуматор на неговата енергия е намотката II на трансформатора T1. В описания дизайн намотките са навити на феритен пръстен от захранването на компютъра. Намотка II - 1000 навивки на проводник PEV-2 с диаметър 0,15 mm Над него е навита намотка от 1 - 10 намотка на изолиран монтажен проводник с напречно сечение 0,35 mm2. В пръстена се прави въздушна междина с дължина 2 мм - тя е равна на дебелината на елемента на Хол, залепен в празнината
Трябва да се отбележи, че магнитната тел не трябва да е феритна, може да бъде направена от всеки феромагнитен материал. Оптималната площ на напречното сечение на магнитната верига е 10 ... 12 mm2. Не трябва да се стремите към увеличаване на напречното сечение.Това ще доведе до увеличаване на дължината на завоите на компенсационната намотка и следователно. неговото съпротивление По същата причина за компенсиращата намотка трябва да се избере тел с възможно най-голям диаметър.
Произведеният сензор е показан на фиг. 4, а неговата трансферна характеристика е показана на фиг. 5 Беше взето при измерване на синусоидален ток с честота 50 Hz. Ефективните стойности на тока и напрежението са нанесени по осите на графиката. Устройството няма резистор R4. което осигурява коефициент на преобразуване на ток към напрежение от 1 V / A, постоянен в диапазона от стойности на измервания ток 0,25 ... 6 A.
Нарушаването на линейността на характеристиката при нисък ток се обяснява с факта, че усилвателят на мощност на транзистори VT2 и VT3 работи в клас B без първоначално отклонение. Причината за нелинейността при високи стойности на тока е ограничаването на сигнала в K140UD7 OA, в резултат на което формата на компенсиращия ток вече не съвпада с формата на измервания, и пълната компенсация на магнитния потоци в магнитопровода не се появяват.
Чрез инсталирането на същия резистор R4 успоредно с резистора R3 беше възможно да се направи характеристиката линейна при измерване на ток до 10 A. Коефициентът на преобразуване обаче намалява до 0,5 V / A.
Здравейте всички!
Може би си струва да се представя малко - аз съм обикновен инженер, който също се интересува от програмиране и някои други области на електрониката: DSP, FPGA, радиокомуникации и някои други. V последните временасе потопи с глава в SDR приемниците. Първоначално исках да посветя първата си статия (дано не последната) на някоя по-сериозна тема, но за мнозина тя ще стане просто четене и няма да е полезна. Поради това темата беше избрана като високоспециализирана и изключително приложна. Също така искам да отбележа, че вероятно всички статии и въпроси в тях ще бъдат разгледани повече от страна на схемата, а не програмист или някой друг. Е, да тръгваме!
Не толкова отдавна ми беше поръчано да проектирам „Система за мониторинг на енергията на жилищни сгради“, клиентът се занимава със строителството на селски къщи, така че някои от вас може би дори са виждали моето устройство. Това устройствоизмерва токове на потребление на всяка входна фаза и напрежение, като едновременно изпраща данни по радиоканала към вече инсталираната система " Умна къща»+ Знаеше как да отрежа стартера на входа на къщата. Но разговорът днес няма да бъде за него, а за неговия малък, но много важен компонент - текущия сензор. И както вече разбрахте от заглавието на статията, това ще бъдат "безконтактни" сензори за ток от компанията Allegro - ACS758-100.
________________________________________________________________________________________________________________________
Можете да разгледате листа с данни, в който ще говоря за сензора. Както може да се досетите, числото "100" в края на маркировката е граничният ток, който сензорът може да измерва. Честно казано, имам съмнения за това, струва ми се, че изводите просто няма да издържат 200A дълго време, въпреки че е доста подходящ за измерване на пусковия ток. В моето устройство 100А сензор непрекъснато преминава през себе си поне 35А + без проблеми + има пикове на консумация до 60А.
Фигура 1 - Външен изглед на сензора ACS758-100 (50/200).
Преди да преминете към основната част на статията, ви предлагам да се запознаете с два източника. ако имате основни знанияза електрониката, те ще бъдат излишни и не се колебайте да пропуснете този параграф. За останалото ви съветвам да бягате за общо развитие и разбиране:
1) Ефект на Хол. Явление и принцип на работа
2) Съвременни сензори за ток
________________________________________________________________________________________________________________________
Е, нека започнем с най-важното, а именно маркировката. Купувам компоненти в 90% от времето на www.digikey.com. Компонентите пристигат в Русия за 5-6 дни, на сайта има вероятно всичко, също и много удобно параметрично търсене и документация. Така пълен списъксемейни сензори могат да бъдат намерени там при поискване " ACS758". Моите сензори са закупени на същото място - ACS758LCB-100B.
Вътре в листа с данни за маркирането всичко е нарисувано, но все пак ще обърна внимание на ключовия момент " 100V":
1) 100
- това е границата на измерване в ампери, тоест моят сензор може да измерва до 100A;
2) "V"- на това писмо си струва да се обърне специално внимание, вместо него може да има и писмо" У". Сензор с буква Бзнае как да измерва променлив ток, а следователно и постоянен ток. Сензор с буква Уможе да измерва само постоянен ток.
Също така в началото на листа с данни има отличен знак по тази тема: 
Фигура 2 - Видове токови сензори от семейството ACS758
Също така, една от най-важните причини за използването на такъв сензор беше - галванична изолация... Захранващи щифтове 4 и 5 не са електрически свързани с щифтове 1,2,3. В този сензор комуникацията е само под формата на индуцирано поле.
В тази таблица се появи още един. важен параметър- зависимост на изходното напрежение от тока. Очарованието от този типсензори в това, че имат изход за напрежение, а не ток като при класическите токови трансформатори, което е много удобно. Например, изходът на сензора може да бъде свързан директно към ADC входмикроконтролер и вземете показания.
Моят сензор има тази стойност 20 mV / A... Това означава, че когато ток от 1A протича през клеми 4-5 на сензора, напрежението на неговия изход ще се увеличи с 20 mV... Мисля, че логиката е ясна.
В следващия момент какво е изходното напрежение? Като се има предвид, че захранването е "човешко", тоест еднополярно, тогава при измерване на променлив ток трябва да има "референтна точка". За даден предавател тази референтна точка е 1/2 от захранването (Vcc). Такова решение често се случва и е удобно. Когато токът тече в една посока, изходът ще бъде " 1/2 Vcc + I * 0,02V", в другия полупериод, когато тече токът обратна странаизходното напрежение ще бъде по-тясно " 1/2 Vcc - I * 0,02V". На изхода получаваме синусоида, където е" нула". 1/2Vcc... Ако измерваме постоянен ток, тогава на изхода ще имаме " 1/2 Vcc + I * 0,02V", тогава, когато обработваме данните на ADC, ние просто изваждаме постоянния компонент 1/2 Vccи работим с верни данни, тоест с остатъка I * 0,02V.
Сега е време да тестваме на практика това, което описах по-горе, или по-скоро извадих от листа с данни. За да работя със сензора и да тествам неговите възможности, изградих тази "мини-стойка":
Фигура 3 - Място за тестване на токовия сензор
На първо място реших да приложа захранване към сензора и да измеря неговата мощност, за да се уверя, че е взета като "нула" 1/2 Vcc... Схемата за свързване може да бъде взета в листа с данни, но аз, искайки само да се запозная, не губих време и изваях филтърен кондензатор за захранване + RC нискочестотна филтърна верига на щифта Vout. В истинско устройство не можете да отидете никъде без тях! В крайна сметка получих следната снимка:
Фигура 4 - Резултатът от измерването на "нула"
Когато се прилага захранване 5Вот моите шалове STM32VL-ОткриванеВидях следните резултати - 2,38V... Първият възникнал въпрос: " Защо 2.38, а не тези, описани в листа с данни 2.5?„Въпросът изчезна почти моментално – измерих захранващата шина по време на отстраняване на грешки и има 4,76-4,77V. И работата е, че храната е включенас USB вече има 5V, след USB има линеен стабилизатор LM7805 и това явно не е LDO с 40 mV спад. Тук е около 250 mV и пада. Е, добре, това не е критично, основното е да знаете, че "нула" е 2.38V. Именно тази константа ще извадя при обработка на данни от ADC.
Сега нека направим първото измерване, засега само с помощта на осцилоскоп. Ще измеря тока на късо съединение на моето регулирано захранване, той е равен на 3.06A... Това и вградения амперметър показва и метилът даде същия резултат. Е, свързваме изходите на захранващия блок към краката 4 и 5 на сензора (на снимката имам хвърлена витуха) и виждаме какво се случи:
Фигура 5 - Измерване на тока на късо съединение на PSU
Както виждаме, напрежението е включено Voutувеличена от 2.38V до 2.44V... Ако погледнете зависимостта по-горе, тогава трябваше да имаме 2,38V + 3,06A * 0,02V / A, което съответства на стойността от 2,44V. Резултатът отговаря на очакванията, при ток от 3А получихме увеличение до "нула", равно на 60 mV... Заключение - сензорът работи, вече можете да работите с него с помощта на MK.
Сега трябва да свържете сензор за ток към един от изводите на ADC на микроконтролера STM32F100RBT6. Самият камък е много посредствен, системна честотасамо 24 MHz, но тази забрадка е оцеляла доста и се е утвърдила. Притежавам го сигурно от 5 години, защото го получиха безплатно в момент, когато ST се раздаваха наляво и надясно.
Първоначално по навик исках да сложа оперативен усилвател с коефициент след сензора. печалба "1", но, гледайки структурната диаграма, разбрах, че той вече е вътре. Единственото нещо, което си струва да се има предвид е, че при максимален ток изходната мощност ще бъде равна на захранването на сензора Vcc, тоест около 5V, а STM може да измерва от 0 до 3,3V, така че в този случай е необходимо да се постави резистивен делител на напрежение, например, 1: 1,5 или 1: 2. Токът ми е оскъден, така че засега ще пренебрегна този момент. Моето тестово устройство изглежда така:
Фигура 6 - Сглобяване на нашия "амперметър"
Освен това, за да визуализирам резултатите, завинтам китайския дисплей на контролера ILI9341, тъй като той лежеше под ръка и ръцете ми не го достигаха по никакъв начин. За да напиша пълноценна библиотека за него, убих няколко часа и чаша кафе, тъй като листът с данни беше изненадващо информативен, което е рядкост за занаятите на синовете на Джаки Чан.
Сега трябва да напишем функция за измерване на Vout с помощта Микроконтролер ADC... Няма да ви разказвам подробно, вече има море от информация и уроци по STM32. Така че просто вижте:
Uint16_t get_adc_value () (ADC_SoftwareStartConvCmd (ADC1, ENABLE); докато (ADC_GetFlagStatus (ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET); върне ADC_GetConversionValue (ADC1);)
Освен това, за да получите резултатите от измерването на ADC в изпълнимия код на основното тяло или прекъсване, трябва да регистрирате следното:
Data_adc = get_adc_value ();
Чрез предварително деклариране на променливата data_adc:
Extern uint16_t data_adc;
В резултат на това получаваме променливата data_adc, която приема стойност от 0 до 4095, тъй като ADC в STM32 е 12 битов. След това трябва да превърнем резултата "в папагали" в по-позната за нас форма, тоест в ампери. Следователно е необходимо първо да се изчисли цената на делението. След стабилизатора на 3.3V шината, моят осцилоскоп показа 3.17V, не започна да разбира с какво е свързан. Следователно, разделяйки 3,17V на 4095, получаваме стойността 0,000774V - това е цената на разделяне. Тоест, след като получих резултата от ADC, например 2711, просто го умножавам по 0,000774V и получавам 2,09V.
В нашата задача напрежението е само "посредник", все още трябва да го преведем в ампери. За да направите това, трябва да извадим 2,38B от резултата и да разделим остатъка на 0,02 [B / A]. Получихме следната формула:
Float I_out = ((((float) data_adc * presc) -2,38) /0,02);
Е, време е да качите фърмуера в микроконтролера и да видите резултатите:
Фигура 7 - Резултатите от измерване на данни от сензора и тяхната обработка
Измерих собствената консумация на веригата, както се вижда при 230 mA. След като измерих същото с проверен поток, се оказа, че консумацията е 201 mA. Е, един знак след десетичната запетая вече е много готин. Нека обясня защо ... Обхватът на измервания ток е 0..100A, тоест точността до 1A е 1%, а точността до десети от ампера вече е 0,1%! И моля, имайте предвид, че това е без никакви схемни решения. Дори бях твърде мързелив да закача проводниците за филтриране на мощност.
Сега е необходимо да се измери тока на късо съединение (SC) на моето захранване. Завъртам дръжката до максимум и получавам следната снимка:
Фигура 8 - Измервания на тока на късо съединение
Е, всъщност показанията на самия източник със собствен амперметър:
Фигура 9 - Стойност по скалата на BP
Всъщност той показа 3.09A, но докато снимах, витуха се нагорещи и съпротивлението й се увеличи и токът, съответно, падна, но това не е толкова страшно.
В заключение, дори не знам какво да кажа. Надявам се статията ми по някакъв начин да помогне на начинаещите радиолюбители по техния труден път. Може би някой ще хареса моето представяне на материала, тогава мога да продължа периодично да пиша за работата с различни компоненти. Можете да изразите вашите желания по темата в коментарите, ще се опитам да взема предвид.
съдържание:За да автоматизирате успешно различни технологични процеси, ефективно да управлявате устройства, устройства, машини и механизми, трябва постоянно да измервате и контролирате много параметри и физически величини... Следователно неразделна част автоматични системисе превърнаха сензори, които предоставят информация за състоянието на наблюдаваните устройства.
В основата си всеки сензор е част отуреди за регулиране, сигнализация, измерване и управление. С негова помощ една или друга контролирана стойност се превръща в определен типсигнал, който ви позволява да измервате, обработвате, регистрирате, предавате и съхранявате получената информация. В някои случаи сензорът може да повлияе на контролираните процеси. Всички тези качества се притежават напълно от текущия сензор, използван в много устройства и микросхеми. Той преобразува въздействието на електрически ток в сигнали, които са удобни за по-нататъшна употреба.
Класификация на сензорите
Сензорите, използвани в различни устройства, се класифицират според определени критерии. Когато е възможно за измерване на входни величини, те могат да бъдат: електрически, пневматични, сензори за скорост, механични премествания, налягане, ускорение, сила, температури и други параметри. Сред тях измерването на електрически и магнитни величини е около 4%.
Всеки сензор преобразува входна стойност в изходен параметър. В зависимост от това, контролни устройствамогат да бъдат неелектрически и електрически.
Сред последните най-често срещаните са:
- DC сензори
- Сензори за амплитуда на променлив ток
- Сензори за съпротивление и други подобни устройства.
Основното предимство на електрическите сензори е способността да предават информация на определени разстояния с висока скорост. Използването на цифров код осигурява висока точност, скорост и повишена чувствителност на измервателните уреди.
Принцип на действие
Според принципа на действие всички сензори са разделени на два основни типа. Те могат да бъдат базирани на генератор - директно преобразуване на входните количества в електрически сигнал. Параметричните сензори са устройства, които преобразуват входните стойности в променени електрически параметри на самия сензор. Освен това те могат да бъдат реостатични, омични, фотоелектрични или оптоелектронни, капацитивни, индуктивни и др.
Наложени са определени изисквания към работата на всички сензори. Във всяко устройство входните и изходните стойности трябва да са в пряка връзка помежду си. Всички характеристики трябва да са стабилни във времето. По правило тези устройства се характеризират с висока чувствителност, малък размер и тегло. Те могат да работят в голямо разнообразие от условия и да бъдат инсталирани по различни начини.
Съвременни сензори за ток
Токовите сензори са устройства, които определят силата на постоянен или променлив ток електрически вериги... Техният дизайн включва магнитна верига с пролука и компенсационна намотка, както и електронна платка, която обработва електрически сигнали. Основният сензорен елемент е сензор на Хол, фиксиран в процепа на магнитната верига и свързан към входа на усилвателя.
Принципът на работа като цяло е един и същ за всички. подобни устройства... Под действието на измервания ток се генерира магнитно поле, след което с помощта на сензор на Хол се генерира съответното напрежение. Освен това това напрежение се усилва на изхода и се прилага към изходната намотка.
Основните видове сензори за ток:
Сензори с директно усилване (O / L).... Те имат малък размер и тегло, ниска консумация на енергия. Обхватът на преобразуване на сигнала е значително разширен. Избягва загуби в първи контур. Работата на устройството се основава на магнитно поле, което създава първичен ток Ip... Освен това има концентрация на магнитното поле в магнитната верига и по-нататъшната му трансформация от елемента на Хол във въздушната междина. Сигналът, получен от елемента на Хол, се усилва и на изхода се образува пропорционално копие на първичния ток.
Токови сензори (Ета)... Те се характеризират с широк честотен диапазон и разширен диапазон на преобразуване. Предимствата на тези устройства са ниската консумация на енергия и ниската латентност. Работата на устройството се поддържа от еднополярно захранване от 0 до +5 волта. Работата на устройството се основава на комбинирана технология, която използва компенсационен тип и директно усилване. Това допринася за значително подобряване на производителността на сензора и по-балансирана работа.
Компенсиращи токови сензори (C / L)... Те се различават в широк честотен диапазон, висока прецизности ниска латентност. Устройствата от този тип нямат загуба на първичен сигнал, имат отлично представянелинейност и нискотемпературен дрейф. Компенсация на магнитното поле, генерирано от първичния ток Ip, възниква поради същото поле, генерирано във вторичната намотка. Вторичният компенсиращ ток се генерира от елемента на Хол и електрониката на самия сензор. В крайна сметка вторичният ток е пропорционално копие на първичния ток.
Компенсиращи токови сензори (тип C)... Безспорните предимства на тези устройства са широк честотен диапазон, висока точност на информацията, отлична линейност и намален температурен дрейф. В допълнение, тези инструменти могат да измерват диференциални токове (CD). Те притежават високи ниваизолация и намалено влияние върху първичния сигнал. Структурата се състои от две тороидални магнитни вериги и две вторични намотки. Сензорите са базирани на компенсация на ампер-обороти. Нисък ток от първичната верига протича през първичния резистор и първичната намотка.
Сензори за ток PRIME... За AC преобразуване, широк динамичен диапазон... Устройството се характеризира с добра линейност, ниски температурни загуби и липса на магнитно насищане. Предимството на дизайна е малък размер и тегло, висока устойчивост на различни видовепретоварвания. Точността на показанията не зависи от това как е позициониран кабелът в отвора и не се влияе от външни полета. Този сензор не използва традиционна отворена намотка, а сензорна глава със сензорни печатни платки. Всяка платка се състои от две отделни намотки с въздушна сърцевина. Всички те са монтирани на една базова печатна платка. От сензорните платки се образуват две концентрични вериги, на изходите на които се сумира индуцираното напрежение. В резултат на това се получава информация за параметрите на амплитудата и фазата на измервания ток.
Токови сензори (тип IT)... Те се характеризират с висока точност на показанията, широк честотен диапазон, нисък шумизходен сигнал, висока температурна стабилност и ниско кръстосано изкривяване. В дизайна на тези сензори няма елементи на Хол. Първичният ток създава магнитно поле, което допълнително се компенсира от вторичния ток. На изхода вторичният ток е пропорционално копие на първичния ток.
Предимства на токовите сензори в съвременните вериги
ИС, базирани на токови сензори, играят важна роля в пестенето на енергия. Това се улеснява от ниската консумация на енергия и енергия. Интегралните схеми комбинират всички необходими електронни компоненти. Производителността на устройствата е значително подобрена благодарение на работим заедносензори за магнитно поле и всякаква друга активна електроника.
Модерни сензоритекущите допринасят за по-нататъшно съкращаване, тъй като цялата електроника е интегрирана в едно общ чип... Това доведе до нов иновативен компакт дизайнерски решения, включително тези, свързани с основната гума. Всеки нов сензор за ток има повишена изолация и успешно взаимодейства с други видове електронни компоненти.
Най-новите дизайни на сензори позволяват те да бъдат монтирани съществуващи инсталациибез да изключвате първичния проводник. Те се състоят от две части и са разглобяеми, което улеснява монтирането на тези части на първичния проводник без никакви прекъсвания.
За всеки сензор има техническа документация, която отразява цялата необходима информация, която ви позволява да направите предварителни изчисления и да определите мястото на най-оптималното използване.
Фирми Тексас Инструментси Honeywellоферта Сензори на Хол с ултра ниска консумация на енергияза компактни приложениясъс самостоятелно захранване. Налични модели за определяне на фиксираната позицияобект и за измерваненеговата движение... Какви са разликите между сензорите TI и Honeywell и кой модел по-добро приляганев един или друг случай?
За предаване на електрическа веригаинформация за положението на различни движещи се елементи, като валове, амортисьори, капаци, ротори на електродвигатели, по едно време бяха разработени специализирани устройства, известни като сензори за положение. Има сензори, базирани на електромеханични, капацитивни, индуктивни, ултразвукови, магнитни или оптични принципи на работа, както и много комбинирани устройства. Всеки тип сензор има специфични предимства и недостатъци и има своя собствена област на приложение. През последните десетилетия списъкът с видовете сензори за положение е допълнен от друг тип - сензори, базирани на ефекта на Хол.
Отличителните характеристики на съвременната електроника са компактност и икономичност. И ако сензорите на Хол никога не са имали специални проблеми с компактността, доскоро не беше лесно с ефективността: поради появата на икономични електронни устройства, които позволяват на устройството да работи в продължение на няколко години от един елемент литиева батерия, дори малка консумация на ток от конвенционален сензор на Хол вече има значителен принос за общата консумация на енергия на системата.
Ето защо напоследък водещите производители на електронни компоненти, вкл Тексас Инструментси Honeywell, представи нов тип сензори за позиция с ефект на Хол, които са по-икономични. Ключова характеристика на тези микросхеми е тяхната ултра ниска консумация на собствен ток, което заедно с компактния им размер и висока чувствителност ги прави идеални за компактни приложения, захранвани от батерии, като напр. безжични сензорисистеми за сигурност, IoT устройства и други системи.
Характеристики на дискретни сензори с ефект на Хол с ниска мощност
Правете разлика между линейни и дискретни сензори на Хол (Фигура 1). Изходни сигнали линейни сензорипропорционално на величината на магнитната индукция. Основната област на приложение на такива устройства са измервателите на силата на магнитното поле, постоянни и променливи токове(Фигура 2), безконтактни потенциометри, сензори за ъгъл и други приложения, които работят с непрекъснати сигнали. В допълнение към схемите за усилвател и температурна компенсация, микросхемите, в зависимост от специализацията, могат да съдържат много други възли, например ADC, алармени компаратори за активиране на централния микроконтролер, контролери на популярни интерфейси за предаване на данни, (USART, I 2 C, SPI и други), както и енергонезависима памет за съхранение на настройки.
Когато абсолютната стойност на индукцията на магнитното поле няма значение и е важно да се определи само наличието или отсъствието на магнитно поле, използвайте сензори на Хол с дискретен изход... Тези микросхеми обикновено интегрират един или повече компаратори с хистерезис, които сравняват напрежението на изхода на диференциалния усилвател с праговите нива. Областта на приложение на дискретните сензори на Хол е широк спектър от автоматизирани приложения: сензори за отваряне на врати, честотомери, синхронизатори, автомобилни запалителни системи, контролери на движещи се елементи (клапи, вентили, капаци и др.), системи за сигурност, устройства за управление на двигателя и много други.
Класически пример за използването на дискретни сензори на Хол са електрическите двигатели, използвани в компютърно оборудване(Фигура 3). Сензорът на Хол, разположен на моторната платка, измерва силата на магнитното поле, създадено от постоянния магнит на ротора, генерирайки импулсен сигнал с логически нива, чиято честота е пропорционална на скоростта на въртене, което дава възможност да се оценят и двете здравето и производителността на вентилатора.
Относително нова зонаПриложенията на дискретните сензори на Хол са устройства за дистанционно наблюдение, в които те постепенно заменят херметически затворените електромеханични контакти (тръстикови превключватели), традиционно използвани в тези приложения. Например, използване на сензор на Хол във връзка с 3-осов акселерометър в безжичен сензор за врата DMS-100произведени от компанията Пандора(Фигура 4), ви позволява да разпознавате удара, завъртането и състоянието (отворено / затворено) на врати, люкове, капаци на гардероби, рафтове за багаж, ремаркета. Тъй като сензорът DMS-100 използва безжичен интерфейспренос на данни и захранван от батерии, той може лесно и бързо да бъде поставен на труднодостъпни места.
Основните предимства на сензорите на Хол в сравнение с тръстиковите превключватели са висока надеждност, компактност и повишена чувствителност. В допълнение, измервателният елемент може да определи не само величината, но и полярността на магнитното поле, включително по няколко координати. Всички тези предимства позволяват да се позиционират сензорите на Хол като обещаваща елементна база.
В случай, че не се изисква непрекъснато наблюдение на обекта (например за системи за сигурност), консумацията на енергия на сензора на Хол може да бъде намалена чрез превключване към периодична работа. Например, когато управлявате врата или прозорец, не е необходимо постоянно да определяте състоянието им, достатъчно е да правите това няколко пъти в секунда, тъй като скоростта на тяхното движение е сравнително ниска. Поради факта, че измервателният елемент на сензора на Хол е практически безинерционен, а съвременната елементна база се характеризира с висока скорост, само няколко десетки микросекунди са достатъчни за измерване на нивото на магнитното поле, без да се жертва точността. По този начин, ако сензорната микросхема е в режим на заспиване през по-голямата част от времето, при което консумацията на ток е намалена до ниво от няколко микроампера, тогава средната стойност на тока, консумиран от сензора, може да бъде намалена с няколко порядъка.
Например, да предположим, че 100 µs и ток от 5 mA са достатъчни за извършване на измервания. Ако измерванията се извършват 10 пъти в секунда с интервал от 100 ms, тогава при консумация на ток в режим на заспиване от 5 μA, средният консумиран ток I av ще бъде изчислен по формула 1 (Фигура 5):
$$ I_ (cf) = \ frac (T_ (1)) (T) \ пъти I_ (1) + \ frac (T_ (2)) (T) \ пъти I_ (2), \ qquad (\ mathrm (( )) (1) (\ mathrm ())) $$
където T 1 = (T 1 - 0) - продължителност на етапа на измерване, T 2 = (T – T 1) - продължителността на спящия режим, тоест (0,1 / 100) ∙ 5000 + (99,9 / 100) ∙ 5 ≈ 10 μA.
Това е 500 пъти по-малко от тока от 5 mA, който микросхемата би консумирала при извършване на непрекъснати измервания. По този начин използването на периодичен режим е ефективно средство за намаляване на консумацията на енергия на дискретни сензори на Хол, без да се компрометира тяхната функционалност, което ги прави идеални за широк спектър от компактни приложения, захранвани от батерии.
Сензори за Хол с ниска мощност от Texas Instruments
Към момента на писане на тази статия асортиментът на TI включва два модела сензори с ултра ниска мощност, които се допълват взаимно по отношение на тяхната функционалност. Основната разлика между предложените устройства е методът на генериране на изходния сигнал. Микросхемите DRV5032 регистрират наличието на магнитно поле с индукция над праговата стойност, която в зависимост от модификацията може да бъде в диапазона от 3,8 ... 63 mT (Фигура 6), докато сензорите DRV5012 имат функция за заключване, чието състояние се променя само при промяна на полярността на магнитното поле (Фигура 7). Това определя практическото предназначение на микросхемите: DRV5032 са предназначени основно за откриване на наличието на всякакви предмети, например за фиксиране на отваряне на прозорец или врата и могат да работят с конвенционални биполярни магнити, а DRV5012 - за измерване на движение, за например ротор на електродвигател и са по-фокусирани върху работата с многополюсни магнити.
Опростено структурна схемаСензорите DRV5032 са показани на Фигура 8, а техническите им характеристики са дадени в Таблица 1. Микросхемата включва: стабилизатор на напрежението, който осигурява необходимия режим на работа за всички възли в широк диапазон на захранващо напрежение, контролиран източник на ток за измервателния елемент , диференциален операционен усилвател с компенсиращи вериги, които елиминират влиянието на температурата и напрежението на отклонение, присъстващи на изхода на измервателния елемент и управляващите изходи логически порти... От външни компонентиза стабилна работа на устройството е необходим само блокиращ керамичен кондензатор с капацитет най-малко 0,1 μF, който елиминира преходните процеси в захранващата верига поради импулсния характер на консумирания ток.
Маса 1. Спецификациимикросхеми DRV5032
| Настроики | име | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| DRV5032DU | DRV5032FA | DRV5032FB | DRV5032FC | DRV5032FD | DRV5032AJ | DRV5032ZE | |
| Чувствителност, mT | 3,9 | 4,8 | 4,8 | 4,8 | 4,8 | 9,5 | 63 |
| Тип чувствителност към магнитно поле | Еднополюсен | Биполярно | Биполярно | Биполярно | Еднополюсен | Биполярно | Биполярно |
| Тип изходи | Двутактови | Двутактови | Двутактови | Отворен дренаж | Двутактови | Отворен дренаж | Отворен дренаж |
| Брой изходи | 1, 2 * | 1 | 1 | 1 | 2 * | 1 | 1 |
| Честота на дискретизация, тип., Hz | 20 | 20 | 5 | 20 | 20 | 20 | 20 |
| Захранващо напрежение, V | 1,65…5,5 | 1,65…5,5 | 1,65…5,5 | 1,65…5,5 | 1,65…5,5 | 1,65..5,5 | 1,65…5,5 |
| 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | |
| Средна консумация на ток, тип. **, μA | 1,3…2,3 | 1,3…2,3 | 0,54…1,06 | 1,3…2,3 | 1,3…2,3 | 1,3…2,3 | 1,3…2,3 |
| 55 | 55 | 55 | 55 | 55 | 55 | 55 | |
| 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | |
| Работна температура, °С | -40…85 | -40…85 | -40…85 | -40…85 | -40…85 | -40…85 | -40…85 |
| Кадър | SOT-23, X2SON | SOT-23, X2SON | СОТ-23 | СОТ-23 | X2SON | SOT-23, X2SON | СОТ-23 |
| * В зависимост от вида на корпуса: SOT-23 - един изход (задейства се, когато магнитът е ориентиран с южния полюс към сензора); X2SON - два изхода (за северния и южния полюс). ** При захранващо напрежение 1,8 ... 5,0 V. |
|||||||
В зависимост от версията, чиповете DRV5032 могат да бъдат чувствителни към полярността на външно магнитно поле. За биполярни версии изходното напрежение намалява, когато магнитното поле се увеличи над праговата стойност, независимо от полярността (Фигура 6). Това опростява производството на оборудването, тъй като в този случай се елиминира операцията по позициониране на магнитните полюси. Еднополярните версии (с суфикси DU и FD) могат да имат два изхода: изходът OUT1 се превключва в състояние логическа нулакогато магнитът е ориентиран със северния полюс към устройството, а OUT2 - с южния (Фигура 9). Възможността за определяне на полярността на магнитното поле разширява функционалността на крайните приложения, което ви позволява да определите не само наличието на обект, но и неговата ориентация. В микросхеми с суфикс DU, произведени в пакет SOT-23 с три извода, изходът OUT1 липсва и те могат да определят само наличието на магнит, ориентиран към сензора с южния полюс.
Видът на изходите зависи и от версията на устройството. Семейството съдържа както микросхеми с push-pull изход, който прави възможно свързването на изходите на сензора директно към портовете на микроконтролера без използване на външни издърпващи резистори, така и устройства с изход тип "отворен дренаж", които позволяват комбиниране на изходите на няколко сензора според схемата на окабеляване ИЛИ. В допълнение, широк диапазон от захранващи напрежения от 1,65 ... 5,5 V позволява микросхемите DRV5032 да се използват с най-популярните серии микроконтролери, без да се използват допълнителни схемисъвпадение на нивата на логическите сигнали.
За измерване на силата на външното магнитно поле, микросхемите DRV5032 изискват средно 40 μs. Освен това всички версии, с изключение на устройства с суфикс FB, извършват 20 измервания в секунда. Това позволява при максимална консумация на ток от 2 mA да се намали стойността на средната му стойност до ниво от 1,3 ... 2,4 μA. Още по-голяма ефективност се осигурява от микросхеми с суфикс FB, в които честотата на измерване е намалена до 5 Hz, което позволява да се доведе средният ток на потребление до ниво от 0,54 ... 1,6 μA.
Блоковата схема на микросхемите DRV5012 (Фигура 10) и техните технически характеристики (Таблица 2) в много отношения са подобни на DRV5032. В допълнение към горния метод за генериране на изходен сигнал, още един отличителна черта DRV5012 е способността да се контролира скоростта на измерване с помощта на щифта SEL. Ако има ниско ниво на този вход, микросхемата ще измерва силата на магнитното поле 20 пъти в секунда, а когато е зададена логическа единица, честотата на измерване се увеличава до 2,5 kHz. Това позволява на тези устройства да се използват в приложения както с бавни, така и с бързи процеси, както и за оптимизиране на консумацията на енергия на системата в различни режимиработа.
Таблица 2. Технически характеристики на микросхемата DRV5012
| Настроики | ||
|---|---|---|
| Чувствителност, mT | 2 | |
| Тип изход | Двутактови | |
| Захранващо напрежение, V | 1,65…5,5 | |
| Максимален ток в активен режим, тип. mA | 2 | |
| Продължителност на активния режим, тип. Μs | 55 | |
| Продължителност на измерването, тип. Μs | 40 | |
| Работна температура, °С | -40…85 | |
| Кадър | X2SON | |
| Честота на дискретизация, тип., Hz | 20 | 2500 |
| Средна консумация на ток при захранващо напрежение 1,8 ... 5,0 V, тип., ΜA | 1,3…2,0 | 142…160 |
Сензори за Хол с ниска мощност от Honeywell
Асортиментът на един от най-старите производителиХолни сензори - фирми Honeywell- има и два модела сензори за положение с ниска мощност, които се различават само по чувствителност.
Структурната диаграма (Фигура 11), техническите характеристики (Таблица 3) и принципът на работа на микросхемите SM351 и SM353 са в много отношения подобни на микросхемите DRV5032, произведени от Texas Instruments, обсъдени по-горе. За да се намали консумацията на енергия, аналоговите възли се захранват само по време на измервания, чиято продължителност е 15 μs. Превключването на мощността се извършва с помощта на транзисторен ключ, управляван от таймер, съдържащ генератор на часовник, брояч, декодер и други необходими компоненти... Средната честота на измерване на силата на магнитното поле е 10 Hz. При захранващо напрежение 1,8 V този режим на работа с типична стойност на тока в режим на измерване от около 1 mA позволява намаляване на средния ток на микросхемата до ниво, което не надвишава 0,4 μA.
Микросхемите SM351 и SM353 са нечувствителни към полярността на външно магнитно поле и имат push-pull изходи, които им позволяват да бъдат свързани към микроконтролер без използване на външни издърпващи резистори. И двете устройства се предлагат в компактни кутии SOT-23 и могат да работят в широк диапазон от захранващи напрежения (1,65 ... 5,5 V) и температури (-40 ... 85 ° C), което им позволява да се използват в автомобилните и индустриална електроника във връзка с най-популярните микроконтролери.
Таблица 3. Технически характеристики на сензорите на Хол, произведени от Honeywell при захранващо напрежение 1,8 V
| Настроики | име | |
|---|---|---|
| SM351 | SM353 | |
| Тип изход | Двутактови | |
| Захранващо напрежение, V | 1,65…5,5 | |
| Продължителност на активния режим, тип. Μs | 15 | |
| Работна температура, °С | -40…85 | |
| Кадър | СОТ-23 | |
| Честота на дискретизация, тип., Hz | 10 | |
| Чувствителност, mT | 0,7 | 1,4 |
| Максимален активен ток, тип. MA | 1 | 0,8 |
| Среден консумиран ток, μA | 0,36 | 0,31 |
За разлика от продуктите на Texas Instruments, сензорите на Honeywell изискват различна ориентация на магнитното поле. За правилна работа външните магнити трябва да бъдат ориентирани с полюсите си към крайната повърхност на микросхемите (Фигура 12), докато за сензорите на Texas Instruments такова разположение на магнитите попада в "сляпата" зона.
Изследване на характеристиките на сензора на Хол
За да проверим действителната производителност на сензорите на Хол с ниска мощност, сравнихме микросхемите SM351LT и SM353LT. Honeywellи DRV5032FA и DRV5032FB от Texas Instruments. Тези устройства имат същото функционално предназначение, корпус и тип изходи и се различават само по чувствителност, скорост на реакция и консумация на енергия. По време на подготовката на статията беше извършено изследване на пет проби от микросхеми от всеки модел.
Оформлението и външният вид на измервателната инсталация са показани на Фигура 13. Всеки сензор е монтиран на отделен макетсъдържащ керамичен кондензатор C2, предназначен да елиминира преходни процеси в захранващата верига, и резистор R3, който ви позволява да контролирате формата на консумирания ток с помощта на осцилоскоп. При извършване на измервания, които не са свързани с управлението на времеви диаграми, резисторът R3 се затваря от външен проводен джъмпер.
Мултиметърът PV1 е предназначен за измерване на средния ток в захранващите вериги на микросхемите. Той измерва спада на напрежението на резистора R1, чието съпротивление е избрано така, че при ток от 1 mA потенциалната разлика в него да е 200 mV. Това позволява при най-чувствителната граница на мултиметъра 200 mV да измерва ток в диапазона от 0 ... 1 mA с разделителна способност 0,005 μA, което е напълно достатъчно за изследване.
Електролитичният кондензатор C1 е проектиран да изключи възможен спад на напрежението по време на измервания поради увеличаване на вътрешното съпротивление на захранването след добавяне на резистор R1. Елементите R1 и C1 образуват филтър ниски честотис времева константа от 0,2 s, което е много по-дълго от продължителността на измерване (15 μs за SM351LT и SM353LT, 40 μs за DRV5032FA и DRV5032FB).
Задействането на сензора се управлява от VD1 LED, чийто ток е ограничен от резистора R2. За да се елиминира влиянието на натоварването на микросхемата върху количеството консумиран от него ток, светодиодът е свързан към положителния полюс на захранването с отделен проводник, заобикаляйки филтъра R1C1.
Веригата се захранва от регулируем източник на постоянен ток с контрол на изходното напрежение. Тъй като захранващото напрежение се измерва преди филтъра R1C1, неговата действителна стойност на изводите на микросхемата ще бъде по-малка от размера на спада на напрежението през резистора R1, който може да достигне 60 mV при захранващо напрежение 5 V. притежава, макар и високо, но все пак ограничено вътрешно съпротивление, директно към изводите на захранването на микросхемите би довело до появата на допълнителна грешка в текущите измервания.
Резултатите от измерванията на консумирания ток са показани в Таблица 4. Както се вижда от получените данни, всички изследвани сензори имат добра повторяемост на параметрите, а получените стойности съответстват на типичните стойности, посочени в техническа документация.
Анализирайки зависимостта на средните стойности на консумирания ток от захранващото напрежение (Фигура 14), може да се види, че консумацията на енергия на устройствата, произведени от Texas Instruments, е по-малко зависима от този параметър, отколкото сензорите на Honeywell. В същото време, при захранващо напрежение по-малко от 4 V, чиповете на Honeywell са по-икономични от продуктите на Texas Instruments.
Графиките, показани на Фигура 14, също ясно показват влиянието на честотата на измерване върху консумацията на енергия. Токът, консумиран от микросхемата DRV5032FA с честота 20 Hz, в целия диапазон от захранващи напрежения, е почти два пъти по-голям от тока на микросхемата DRV5032FB с честота 5 Hz. Може да се предположи, че DRV5032FB има най-ниската възможна консумация на енергия за тази технология и по-нататъшно намаляване на честотата на измерване до нула вече няма да има значителен ефект върху текущата консумация.
Таблица 4. Резултатите от измерванията на консумирания ток при температура 27 ° С
| име | Проба | Захранващо напрежение, V | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1,8 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,3 | 3,6 | 4,0 | 4,5 | 5,0 | 5,5 | ||
| SM351LT | 1 | 0,43 | 0,54 | 0,75 | 1,06 | 1,26 | 1,42 | 1,74 | 2,20 | 2,76 | 3,08 |
| 2 | 0,44 | 0,51 | 0,73 | 1,00 | 1,20 | 1,40 | 1,75 | 2,15 | 2,60 | 3,00 | |
| 3 | 0,46 | 0,54 | 0,76 | 1,04 | 1,26 | 1,43 | 1,76 | 2,19 | 2,63 | 3,19 | |
| 4 | 0,45 | 0,50 | 0,74 | 1,05 | 1,25 | 1,52 | 1,81 | 2,18 | 2,68 | 3,15 | |
| 5 | 0,45 | 0,52 | 0,72 | 1,03 | 1,25 | 1,45 | 1,73 | 2,17 | 2,76 | 3,14 | |
| Означава | 0,45 | 0,52 | 0,74 | 1,04 | 1,24 | 1,44 | 1,76 | 2,18 | 2,69 | 3,11 | |
| SM353LT | 1 | 0,39 | 0,45 | 0,65 | 0,92 | 1,09 | 1,28 | 1,60 | 1,99 | 2,47 | 2,81 |
| 2 | 0,39 | 0,43 | 0,65 | 0,90 | 1,08 | 1,27 | 1,53 | 2,00 | 2,38 | 2,84 | |
| 3 | 0,37 | 0,47 | 0,68 | 0,92 | 1,07 | 1,27 | 1,61 | 1,95 | 2,50 | 2,90 | |
| 4 | 0,44 | 0,48 | 0,69 | 0,92 | 1,09 | 1,29 | 1,62 | 1,93 | 2,50 | 2,91 | |
| 5 | 0,40 | 0,47 | 0,67 | 0,93 | 1,12 | 1,32 | 1,60 | 2,01 | 2,41 | 2,93 | |
| Означава | 0,40 | 0,46 | 0,67 | 0,92 | 1,09 | 1,27 | 1,59 | 1,98 | 2,45 | 2,88 | |
| DRV5032FA | 1 | 1,10 | 1,18 | 1,41 | 1,51 | 1,58 | 1,64 | 1,72 | 1,80 | 1,95 | 2,10 |
| 2 | 1,14 | 1,20 | 1,45 | 1,53 | 1,60 | 1,67 | 1,73 | 1,83 | 1,95 | 2,03 | |
| 3 | 1,12 | 1,21 | 1,51 | 1,59 | 1,65 | 1,70 | 1,79 | 1,85 | 2,00 | 2,20 | |
| 4 | 1,11 | 1,23 | 1,46 | 1,54 | 1,59 | 1,64 | 1,73 | 1,80 | 1,90 | 2,06 | |
| 5 | 1,07 | 1,14 | 1,39 | 1,48 | 1,52 | 1,60 | 1,67 | 1,75 | 1,86 | 2,05 | |
| Означава | 1,11 | 1,19 | 1,44 | 1,53 | 1,59 | 1,65 | 1,73 | 1,81 | 1,93 | 2,09 | |
| DRV5032FB | 1 | 0,49 | 0,50 | 0,61 | 0,66 | 0,71 | 0,75 | 0,79 | 0,88 | 1,01 | 1,13 |
| 2 | 0,49 | 0,50 | 0,59 | 0,64 | 0,70 | 0,75 | 0,78 | 0,88 | 1,00 | 1,15 | |
| 3 | 0,50 | 0,53 | 0,62 | 0,66 | 0,71 | 0,76 | 0,83 | 0,90 | 1,02 | 1,16 | |
| 4 | 0,48 | 0,51 | 0,60 | 0,63 | 0,70 | 0,75 | 0,80 | 0,86 | 1,00 | 1,15 | |
| 5 | 0,49 | 0,52 | 0,61 | 0,65 | 0,70 | 0,75 | 0,81 | 0,91 | 1,03 | 1,17 | |
| Означава | 0,49 | 0,51 | 0,61 | 0,65 | 0,70 | 0,75 | 0,80 | 0,89 | 1,00 | 1,15 | |
Формата на тока, консумиран от микросхемите, може да се види, като премахнете джъмпера и свържете осцилоскопа към резистора R3. Резултатите от измерването (Фигура 15) потвърждават, че има изразен импулсен характер и се различава в активен и спящ режим с няколко порядъка.
Друг важна характеристикаСензорите на Хол са чувствителността, която определя характеристиките практическо приложение, както и изисквания за характеристиките и разположението на източниците на магнитно поле. Техническата документация за микросхемите посочва големината на индукцията в точката, съответстваща на местоположението на корпуса на устройството. Въпреки това, силата на магнитното поле се влияе значително от разстоянието, следователно, когато се използват реални магнити, сензорът ще работи на определено разстояние, в зависимост от техните геометрични размери и остатъчна индукция.
TI документация или информационни материалипосветен на сензорите на Хол. За постоянни магнити с правоъгълна форма, индукцията на разстояние D от повърхностите на магнитните полюси може да се определи по формула 2:
$$ \ vec (B) = \ frac (B_ (r)) (\ pi) \ times \ left (\ arg \ tan \ left (\ frac (WL) (2D \ times \ sqrt (4D ^ (2)) + W ^ (2) + L ^ (2))) \ вдясно) - \ arg \ tan \ left (\ frac (WL) (2 (D + T) \ times \ sqrt (4 (D + T)) ^ (2 ) + W ^ (2) + L ^ (2))) \ дясно) \ дясно). \ Qquad (\ mathrm (()) (2) (\ mathrm ())) $$
А за цилиндрични - съгласно формула 3:
$$ \ vec (B) = \ frac (B_ (r)) (2) \ пъти \ вляво (\ frac (D + T) (\ sqrt ((0.5C) ^ (2) + (D + T) ^) (2))) - \ frac (D) (\ sqrt ((0.5C) ^ (2) + D ^ (2))) \ вдясно), \ qquad (\ mathrm (()) (3) (\ mathrm ())) $$
където W е ширината, L е дължината, T е дебелината, C е диаметърът, Br е индукцията на магнита (Фигура 16).
За тази цел можете да използвате и онлайн калкулатора, достъпен на уебсайта на Texas Instruments. Предимството на последния вариант е възможността за бързо определяне на разстоянието, на което ще се задейства определено устройство. Например, като въведете параметрите на постоянен магнит на страницата, посветена на сензорите DRV5032, можете незабавно да определите както величината на индукцията в желаната точка, така и разстоянието, на което ще работят всички версии на микросхемите на този модел (Фигура 17).
Именно този калкулатор беше използван за определяне на индукцията, създадена от цилиндричния постоянен магнит, използван при измервания от материал N38 8 x 8 mm (Фигура 17).
Резултатите от измерването на чувствителността на сензорите са показани в Таблица 5. Според получените данни, при използване на горния магнит сензорите на Texas Instruments са се задействали на средно разстояние от 24 mm, което съответства на индукция от 3,6 mT, и възстанови първоначалното състояние на средно разстояние от 33 ... 34 mm (при индукция 1,45 ... 1,48 mT). По време на изследването магнитът се движи по ос, перпендикулярна на горната равнина на микросхемата и минаваща през нейния център (Фигура 9). Съгласно техническата документация, съответните характеристики на тези устройства трябва да бъдат в диапазона от 1,5 ... 4,8 mT (задействане) и 0,5 ... 3,0 mT (възстановяване) в целия диапазон на захранващите напрежения. По този начин всички проби от микросхеми DRV5032FA и DRV5032FB напълно отговарят на декларираните характеристики.
При изследване на сензорите на Honeywell магнитът беше преместен в съответствие с препоръките на производителя (Фигура 12). Сензорите SM351LT се задействаха при средно разстояние между магнита и микросхемата, равно на 36 mm, което съответства на индукция от 1,25 mT, и възстановиха работата си на средно разстояние от 39 mm, което съответства на индукция от 1,0 mT. Според техническата документация за микросхеми SM351LT индукцията на спусъка трябва да бъде в диапазона от 3 ... 11 Gs (0,3 ... 1,1 mT), а освобождаването - най-малко 2 G (0,2 mT) и максимална стойносттази стойност не е стандартизирана. Както се вижда от резултатите от изследването, реалната чувствителност на сензорите SM351LT се оказа малко по-ниска от стойностите, посочени в техническата документация, за разлика от микросхемите SM353LT, които работеха при средна индукция от 1,86 mT ( средно разстояние 31 mm), което е в допустимия диапазон от 6 ... 20 Gs ( 0,6 ... 2,0 mT).
Заключение
Системи за сигурност, енергомери, медицинско оборудване, IoT устройства - това не е пълен списък с приложения, в които могат да се използват сензорите на Хол, разгледани в тази статия. Основните характеристики на всички технологии, в които могат да се използват тези микросхеми, са компактността и строги изисквания за консумация на енергия, тъй като те са проектирани за тези цели.
Въпреки факта, че разглежданите устройства се произвеждат от различни производители, по своите характеристики те се допълват взаимно, осигурявайки интегрирана хардуерна платформа, въз основа на която разработчиците могат да решат много практически проблеми.
