Інтегральні датчики Холла компанії Honeywell

  1. Про компанію Honeywell

Ефект Холла в класичному розумінні був відкритий ще в 1879 році Едвіном Холом

Ефект Холла в класичному розумінні був відкритий ще в 1879 році Едвіном Холом. Даний ефект полягає в формуванні поперечної різниці потенціалів в провіднику з струмом, вміщеному в магнітне поле. Однак практичне застосування даний ефект знайшов порівняно недавно - приблизно 30 років тому, коли стали доступними напівпровідникові технології, що дозволили створити недорогі і практичні твердотільні датчики. Такі датчики широко використовуються в системах, де можливо перетворення контрольованої величини в зміну магнітного поля, яке згодом легко проконтролювати датчиком Холла. До числа таких величин відносяться змінний / постійний струм або напругу, тиск, температура, швидкість, вібрація і ін. Крім того, ефект Холла ідеальний для побудови різноманітних датчиків положення, які знаходять широке застосування в системах автоматики; в техніці побутового, комерційного, медичного, наукового та промислового призначень; на транспорті і в сучасних приводах. На даний момент індустрія таких датчиків переживає розквіт, а компанія Honeywell, найбільший в світі виробник датчиків, активно просуває на ринок вироби зазначених типів.

Асортимент «холлівських» датчиків Honeywell в основному представлений інтегральними приладами в корпусах для поверхневого або наскрізного монтажу. У загальному випадку такі датчики являють собою трехвиводной прилад з двома висновками харчування і одним аналоговим або цифровим виходом. Їх асортимент і короткі робочі характеристики представлені в таблиці 1.

Таблиця 1. Асортимент датчиків Холла компанії Honeywell

НайменуванняПередавальна функціяНапруга
харчування, ВСтрум, мА
(не більше)Напрям
вихідного струмуКорпусРобочий
температурний діапазон, ° CSS30AT1) SS40A SS50AT

Цифрова біполярна 4,5 ... 24 10 втікає SOT-23 SIP-3 SOT-89B -40 ... 125 SS311PT SS411P Цифрова біполярна 2,7, ... 7 14 втікає SOT-23 SIP-3 -40 ... 150 Серія SS340RT Серія SS440R Цифрова униполярная 3 ... 242) 3 ... 24 8 впадає SOT-23 SIP-3 -40 ... 150 SS351AT SS451A Цифрова всеполярная 3 ... 242) 3 ... 24 9 впадає SOT-23 SIP-3 -40 ... 150 SS361RT SS461R Цифрова справжня біполярна 3 ... 182) 3, ... 18 8 впадає SOT-23 SIP-3 -40 ... 150 Серія SS400 Серія SS500 Цифрова уніполяроная, біполярна або справжня біполярна 3,8 ... 30 10 8,7 (5 В) впадає SIP -3 SOT-89 -40 ... 150 Серія SS41 Серія SS51T Цифрова біполярна 4,5 ... 24 15 втікає SIP-3 SOT-89 -40 ... 150 Сері я SS421 Цифрова біполярна 4,5 ... 16 15 втікає SIP-4 -40 ... 105 SS42R Цифрова справжня біполярна (симетрична) 4,5 ... 16 11 втікає або випливає SIP-4 0 ... 100 SS46 Цифрова справжня біполярна (симетрична) 4,5 ... 24 10 втікає SIP-3 -40 ... 150 VF526DT Цифрова справжня біполярна (2 канали) 3,4 ... 24 14 втікає (2 канали) SOT-89 -40 ... 125 Серія 9
1SS Лінійна 8 ... 16 19 випливає керамічні. SIP-3, керамич. з ламелями -40 ... 150 Серія SS490 Серія SS491B Лінійна 4,5 ... 10,5 10 втікає або випливає SIP-3 -40 ... 150 Серія SS49E Серія SS59ET Лінійна 2,7 ... 6,5 10 випливає SIP-3 SOT-89 - 40 ... 100 Серія SS94 Лінійна 4,5 ... 12,6 30 втікає або випливає керамічні. SIP-3, керамич. з ламелями -40 ... 150 Примітки: 1. Червоним кольором виділені новики 2009 року. 2. Виключення: при роботі з температурами понад 125 ° С діапазон напруги живлення обмежений до 3 ... 12 В.

Датчики доступні в корпусах трьох типів, в т.ч. SOT-23, SOT-89 (для поверхневого монтажу) і SIP (для наскрізного монтажу), який також можна назвати плоскою версією популярного корпусу TO-92 (див. Малюнок 1).

Мал. 1. Корпуси датчиків Холла компанії Honeywell

Залежно від виду передавальної функції (ПФ) датчики поділяються на лінійні і цифрові (див. Рисунок 2). Як видно з малюнка, цифрові датчики працюють як керовані магнітним полем комутатори, які активізують свій вихід при одному його рівні і відключають при іншому. Звідси походить їх альтернативне найменування - магнітокеровані комутатори. Залежно від знака порогових рівнів, цифрові ПФ поділяються на уніполярні, біполярну і всеполярную. Уніполярні датчики реагують на магнітне поле певного знака (позитивне чи негативне), тому в кінцевому застосуванні вони вимагають певної орієнтації полюсів магніту.

Мал. 2. Передавальні функції датчиків Холла

Дана особливість викликає деякі незручності при складанні або установці датчиків, і в зв'язку з цим були розроблені всеполярние датчики, які так само реагують на наближення північного і південного полюсів магніту, і тому некритичні до їх орієнтації. Необхідно відзначити, що представлені на малюнку 2 цифрові ПФ для простоти сприйняття мають ідеалізований вид. Фактичні пороги включення і відключення можуть варіюватися в залежності від температури, а також від одного датчика до іншого. Цю особливість важливо враховувати при виборі біполярних датчиків. Ідеальний біполярний датчик, як показано на малюнку 2, реагує на зміну знака магнітного поля, активізуючись при позитивному знаку і відключаючи при негативному. Однак в реальності, з огляду на можливу розкиду порогів включення / відключення в досить широких межах, ймовірно зміщення ПФ уздовж осі абсцис. Простіше кажучи, серед придбаних біполярних датчиків кілька на практиці може виявитися уніполярними, причому реагують або на позитивне магнітне поле, або на негативне. Однак в асортименті Honeywell є датчики і з гарантованою біполярного передавальної функції. У таблиці 1 передавальні функції таких датчиків відзначені як «справжня біполярна». Крім того, в таблиці відзначена частина справжніх біполярних датчиків, для яких гарантується симетричність ПФ щодо осі ординат.

Крім ПФ, датчики також розрізняються схемотехнікою вихідного каскаду. Вона може бути однотактной (вихідний струм може протікати тільки в одному з напрямків) і двотактної (вихідний струм може протікати в будь-якому з напрямів). Вихідний каскад більшості цифрових датчиків виконаний по схемотехніці з відкритим колектором, при якій допускається протікання тільки впадає струму (тобто навантаження управляється по відношенню до плюса харчування). Винятки: SS311PT, SS411P з вбудованим підтягуючим резистором до плюса харчування і SS42R з двома двотактними комплементарними виходами. Також необхідно відзначити, що під активним станом виходу цифрового датчика (ВКЛ згідно малюнку 2) розуміється знаходження виходу в низькому стані. Винятком є ​​згаданий щойно четирехвиводной датчик SS42R, у якого є додатковий вихід з активним високим рівнем.

У представленому асортименті є кілька датчиків з підвищеним ступенем інтеграції. Йдеться про біполярних датчиках SS421 і VF526DT. Датчики серії SS421 призначені для виявлення неприпустимого зниження частоти обертання двигуна або вентилятора. Вони активізують свій вихід, коли частота проходження імпульсів на виході вбудованого цифрового датчика Холла стає нижче порогового рівня. Поріг і затримка спрацьовування задаються шляхом підключення до спеціального висновку RC-ланцюга з відповідними параметрами. У свою чергу, VF526DT об'єднує два незалежних датчика Холла і логіку виявлення напрямку руху. Таким чином, користувачеві, крім імпульсного виходу SPEED, також доступний вихід DIRECTION, що сигналізує про поточний напрямку руху.

Багато представлених в таблиці 1 датчики є новинками 2009 року (виділені червоним кольором). Нові датчики мають безліч особливостей, що дозволяють знизити собівартість кінцевої продукції, а також поліпшити її надійність і економічність. До джерел зниження собівартості нових датчиків можна віднести наступні:

  • доступність датчиків в більш компактних корпусах SOT-23, упакованих в стрічку на бобіну (більш низька вартість самого корпусу, можливість зниження розмірів плати, більш дешева технологія монтажу);
  • доступність датчиків з підвищеною чутливістю (можливість застосування більш дешевих магнітних матеріалів і більш компактною магнітної системи);
  • вбудований захист від подачі живлення невірної полярності виключає необхідність її зовнішньої реалізації;
  • розширення нижньої межі напруги живлення до 3 і навіть 2,7В, що забезпечує простоту застосування датчиків в низьковольтних системах;
  • поява всеполярних датчиків (SS351AT, SS451A), які в порівнянні з уніполярними датчиками некритичні до орієнтації полюсів магніту, що потенційно дає можливість зменшити витрати на зборку (або монтаж) датчика;
  • доступність датчиків з вбудованим на виході резистором, що підтягує до плюса харчування (SS311PT, SS411P), що дозволяє зменшити витрати на придбання та монтаж зовнішнього резистора в тих застосуваннях, де потрібна його установка для формування рівня логічної одиниці.

Нові датчики також доступні в традиційному корпусном виконанні SIP, що дає можливість модернізації продукції, що випускається шляхом прямої заміни на більш досконалий аналог з безліччю конкурентних переваг. Крім всеполярной ПФ, можливості низьковольтного харчування, поліпшеною економічності і більш високої чутливості, до числа таких переваг також відноситься поліпшена температурна стабільність, яка проявляється в несуттєвою залежності порогів спрацьовування і їх симетричності від температури в межах широкого діапазону (-40 ... 125/150 ° С ). Переконатися в цьому можна на прикладі графіків залежності порогів спрацьовування від температури датчиків SS451A і SS351AT, представлених на малюнку 3.

Мал. 3. Графіки залежності порогів спрацьовування від температури датчиків SS451A і SS351AT

Розглянуті датчики Холла ідеальні для побудови імпульсних датчиків швидкості і дискретних датчиків положення в різноманітних пристроях побутового та промислового призначення, в т.ч. в пристроях з функцією контролю частоти обертання електродвигуна і контролю кінцевих положень елементів виконавчих механізмів, в системах автоматизації поточних ліній, в робототехніці і т.д. На основі цифрових датчиків Холла також сприяє впровадженню різного роду реле, що реагують на зміну фізичної величини, наприклад, тиску, витрати, електричного струму, температури і т.п. Приклад такого реле демонструє малюнок 4а, де спрощено представлена ​​конструкція токового реле, призначеного для сигналізації про струмового перевантаження або про наявність струму в ланцюзі. На цьому малюнку також представлені деякі інші варіанти застосування цифрових датчиків Холла, в т.ч. датчик рівня поплавкового типу (рис. 4б); кнопка для складних умов застосування, таких як підвищений рівень вологи і пилу, вибухонебезпечність і ін. (рис. 4в); імпульсний датчик витратоміра, де обертання крильчатки перетворюється в послідовність імпульсів, кількість яких пропорційно обсягу прокачаної по трубі рідини.

Мал. 4. Приклади областей застосування цифрових датчиків Холла

Компанія Honeywell також випускає ряд лінійних датчиків Холла (замикають таблицю 1), які чудово підходять для реалізації різноманітних пристроїв, в т.ч. датчиків струму, вібрації, рівня і положення, зчитувачів магнітних карт, метал-детекторів і ваг. Вихідний каскад лінійних датчиків Honeywell виконаний по ратіометріческой архітектурі, що спрощує їх застосування за рахунок виключення необхідності застосування прецизійного ІОН. Це означає, що у цих датчиків напруга V (0) дорівнює половині напруги живлення. Крім того, датчики здатні вимірювати як позитивні, так і негативні значення магнітної індукції. Випускається безліч виконань датчиків, що розрізняються вхідним діапазоном і ступенем прецизійності передавальної характеристики. Зокрема серію SS490 утворюють два датчика з різними вхідним діапазоном і нахилом передавальної функції, однак кожен з цих датчиків доступний в декількох виконаннях, що відрізняються розкидом вихідної напруги і температурною стабільністю (див. Таблицю 2).

Таблиця 2. Робочі характеристики лінійних датчиків Холла серії SS490

ХарактеристикаSS495ASS495A1SS495A2SS495BSS496ASS496A1SS496BВхідний діапазон (typ), мТл

± 67 ± 67 ± 67 ± 67 ± 84 ± 84 ± 84 Розмах вихідної напруги (typ), В 0,2 ... VS-0,2 Вихідна напруга V ( 0) (Vs = 5 В), В 2,5 ± 0,075 2,5 ± 0,075 2,5 ± 0,1 2,5 ± 0,15 2,5 ± 0,075 2,5 ± 0,075 2,5 ± 0, 15 Чутливість, В / Тл 31,25 ± 1,25 31,25 ± 0,94 31,25 ± 1,56 31,25 ± 2,5 25 ± 1 25 ± 0,75 2,5 ± 2 Лінійність (НЕ більше),% -1,5 Температурний дрейф V (0) (не гірше),% / ° С ± 0,06 ± 0,04 ± 0,07 ± 0,08 ± 0,048 ± 0,03 ± 0,06 Температурний дрейф чутливості
(не гірше),% / ° С -0,01 +0,06 -0,02 +0,06 -0,02 +0,07 -0,02 +0,06 -0,01 +0,6 - 0,01 +0,06 -0,02 +0,06

Усього доступно сім виконань датчиків, і тому користувач отримує широкі можливості по оптимізації відносини ціна-якість. Датчики SS490 також примітні тим, що їх вихідний каскад відноситься до типу «rail-to-rail», що істотно спрощує роботу з вихідним сигналом у низьковольтної системі.

Деякі приклади використання лінійних датчиків демонструє малюнок 5.

Мал. 5. Приклади областей застосування лінійних датчиків Холла

На малюнках 5а і 5б представлені більш зносостійкі альтернативи лінійного і кутового потенціометрів. Наведені конструкції можуть служити основою для побудови різного роду задатчиков і органів управління. Такі пристрої широко використовуються в пристроях промислової автоматики. Приклад побудови лінійного датчика положення демонструє малюнок 5в. Тут вирішується завдання контролю кутового положення важеля. Закріплена на ньому магнітна система забезпечує зміна вихідної напруги як функції кута повороту відповідно до наведеного графіком. Вихідна напруга датчика може бути подано на вхід АЦП для введення в систему інформації про кутове положення, а також, опціонально - на вхід компаратора напруги для детектування кінцевого положення важеля з подальшою генерацією переривання. Як уже згадувалося, великою областю застосування лінійних датчиків Холла є контроль струму [1].

Компанія Honeywell випускає широкий асортимент датчиків Холла з цифровою і лінійної передавальної функцією. Вони доступні в різних виконаннях, надаючи користувачу можливість найкращим чином оптимізувати кінцеве рішення по собівартості та принцип роботи даного. В оновленій в 2009 році лінійці датчиків Холла враховані всі сучасні тенденції мініатюризації, здешевлення і підвищення економічності електронної техніки: з'явилися датчики в більш мініатюрному корпусі SOT-23, поліпшені параметри електроживлення, а також доданий ряд інших розглянутих вище функцій.

Більш детальну інформацію по датчикам Холла, а також іншим датчикам компанії Honeywell можна отримати за посиланням www.honeywell.com/sensing .

література

1. Маргелов А. Датчики струму компанії Honeywell // Новини електроніки, №8, 2006 - С. 18-22.

Отримання технічної інформації, замовлення зразків, поставка - e-mail: [email protected]

Про компанію Honeywell

Honeywell International, Inc Honeywell International, Inc. - велика американська корпорація, що виробляє електронні системи управління і автоматизації. Корпорація Honeywell International - світовий лідер в області технологій і промислового виробництва, що входить в список 100 провідних компаній, що складається журналом Fortune. Вона відома в усьому світі своїми розробками в області аерокосмічного устаткування, технологій для експлуатації будівель і промислових споруд, автомобільного обладнання, турбокомпресорів і ... читати далі

Новости