Принцип построения, описание чувствительного элемента, измерительных преобразователей. Структурная схема.

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ (МАМИ)

Кафедра «Автоматика и процессы управления»

Дисциплина: «Технологические измерения в технических системах»

Расчётно-графическая работа на тему: «Датчик Холла (угловое перемещение)»

Содержание

1. Теоретические основы функционирования датчика.

Принцип построения, описание чувствительного элемента, измерительных преобразователей. Структурная схема.

2. Расчетное соотношение

3. Функция преобразования

4. Технические характеристики

5. Схема включения датчика в измерительную сеть

Выполнила ст. группы: 6-ЗУТСн-1

Качалова Анастасия Сергеевна

Преподаватель:

Харитонов Валерий Иванович

Москва, 2015

Теоретические основы функционирования датчика.

Принцип построения, описание чувствительного элемента, измерительных преобразователей. Структурная схема.

Датчик Холла предназначен для измерения скорости перемещения с целью измерения и индикации параметров работы исполнительных механизмов приборами систем автоматического управления. Информация, поступающая от датчика необходима для формирования управляющих сигналов в системах регулирования и стабилизации параметров перемещения механических узлов автоматизированного объекта. Потребует применения такого датчика контроль оборотов выходных валов редукторов, контроль направления вращения двух и более синхронизируемых механизмов, учет расхода жидкости. Датчик предназначен для применения в системах автоматизации поточных линий, транспортных системах и в других системах автоматического управления.

Условное графическое обозначение:

Широкое применение датчик Холла имеет в транспортных системах. Также Датчик Холла применяется для контроля положения узлов различных механизмов: перемещение деталей механизмов до концевых положений, построение энкодеров. Используется для измерения больших токов. Проводятся эксперименты по использованию датчика Холла в качестве чувствительного элемента магнитного компаса. Основу датчика составляет элемент Холла, соединенный с электрической схемой. Современный датчик Холла представляет собой микросхему, к которой подводится питание, а на выходе микросхемы формируется информационный сигнал. Принцип работы датчика Холла состоит в фиксировании магнитного поля. Для измерения скорости перемещения датчика Холла закрепляется на неподвижном элементе конструкции, а в движущейся части устанавливаются магниты. Применяют и более простое решение, намагничивают подвижные элементы не внося изменений в конструкцию механизма. Для измерения скорости вращения применяется пара постоянный магнит и датчик Холла. Между ними свободно перемещается пластина, экранирующая магнитное поле. При каждом обороте с выхода датчика Холла поступает электрический импульс в схему электронного тахометра. Для увеличения точности измерения устанавливают две и более пар магнит + датчик Холла.

Принцип работы датчика Холла позволяет создать регистрирующее устройство не имеющее механического контакта с подвижной частью контролируемого механизма, что позволяет многократно увеличить ресурс работы по сравнению с герконами или механическими переключателями, кнопками.

Эффект Холла возникает в полупроводниковой пластине, внесенной в магнитное поле, при пропускании через нее электрического тока. Если поместить элемент толщиной h в магнитном поле таким образом, чтобы направление индукции В магнитного поля было перпендикулярно плоскости пластины, и пропустить ток I через пластину, то между противоположными гранями пластины возникает ЭДС Холла Е_х = (k·I·B)/h, где k— постоянная Холла, м²/A.

Электродвижущая сила самоиндукции Холла очень мала и поэтому должна быть усилена вблизи кристалла для того, чтобы устранить влияние электромагнитных помех. Конструктивно элемент Холла и преобразовательная схема, содержащая усилитель, пороговый элемент, выходной каскад и стабилизатор напряжения, выполняются в виде интегральной микросхемы, которая называется магнитоуправляемой интегральной схемой.

Рис.2.Датчик Холла и зависимость напряжения чувствительного элемента Холла и напряжения на выходе датчика Холла от угла поворота.

Микросхемы с датчиками Холла выпускаются дискретными и аналоговыми. Дискретные ИС применяются в датчиках относительного положения и скорости. Аналоговые – в датчиках абсолютного положения вместо контактных потенциометрических.

Рис.3.Датчик абсолютного углового положения с чувствительным элементом Холла

Рис. 4. Программируемый датчик Холла с магнитопроводом

Рис. 5. Классический пример конструкции линейных датчиков Холла

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. Интегральные датчики Холла производят такие фирмы, как Honeywell, Melexis, Allegro Microsystems, Micronas Intermetall, Siemens, Analog Devices и др.