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霍尔效应和磁簧开关传感器应用指南

菜鸟
2018-12-14 15:45:10    评分

数字传感器:在离散应用中提供高可靠性

许多应用程序利用数字输出来确定物体是否处于某个位置。例如,传感器可用于验证机器上的安全防护装置是否就位。如果防护装置到位,机器将运行。如果不是,机器将无法运行。在这种类型的离散应用中,需要数字输出。以下数字传感器为定制磁传感应用提供卓越的可靠性:

簧片开关:优点和应用

簧片开关是一种电气开关,不需要像集成电路那样工作。触点密封在具有贵金属接触材料的玻璃管内。因此,该开关非常可靠,因为它不受湿气或其他环境因素的影响。因此,触点不会氧化,并将继续以逻辑电平负载运行数百万次。  

簧片开关非常适合电池供电的应用。它们用于汽车安全产品,如安全带扣夹/闭合检测传感器和用于碰撞检测的碰撞传感器。由于干簧传感器可以切换交流或直流负载,因此它们是数字开/关应用的流行选择,例如安全和家用电器市场的门关闭检测。

例如,冰箱门使用簧片开关进行门关闭检测。磁铁安装在门上,并且簧片传感器连接到隐藏在冰箱外壁后面的固定框架上。当门打开时,簧片传感器无法检测到磁场,导致LED灯泡亮起。当门关闭时,传感器检测到适当的磁场,LED熄灭。在该应用中,设备内的微控制器从簧片传感器获得信号,然后控制单元激活或停用LED。

Hall_Effect1 副本.jpg

图1:冰箱门中使用的干簧传感器可以打开和关闭LED灯

数字霍尔效应传感器:优点和应用

数字霍尔效应传感器是基于半导体的,并且它们的输出电压相对于磁场的变化而变化。这些传感器将霍尔效应传感元件与电路相结合,提供数字开/关输出信号,该信号对应于磁场的变化,而无需使用任何移动部件。霍尔效应单元仅限于具有低直流电压和电流的应用。与簧片开关不同,霍尔效应器件包含有源电路,因此它始终吸收少量电流。 

数字霍尔效应传感器具有高可靠性,可编程为在给定的磁场容差下激活,以满足精确的传感要求。 

这些传感器非常适用于洗衣机和烘干机等白色家电的高速传感应用。在这个应用中,一个旋转的16极环形磁铁激活霍尔效应芯片,每个通过红色(北极)段,并通过每个通过的白色(南极)段停用它,从而产生非常精确的速度信号。数字霍尔效应传感器特别适用于汽车安全应用,如安全带扣夹紧检测和传动齿轮速度传感。

Hall_Effect_2 副本.JPG

图2:霍尔效应速度传感应用图

模拟/比例传感器增加稳定性和准确性

模拟传感应用允许最终用户获得磁铁位置的瞬时反馈。模拟霍尔效应传感器具有高精度,高分辨率的比例输出信号。  

以前,模拟霍尔效应传感器测量磁体的磁通密度,并受到应用温度值的极大影响。由于模拟霍尔效应技术近年来已经发展,霍尔效应芯片现在测量磁通场的角度而不是传统的幅度,使其对温度变化的敏感性降低。这种改进使传感器能够在较大的温度范围内提供更稳定的模拟输出

考虑两种类型的霍尔效应传感器,可以选择用于定制模拟传感应用:

旋转霍尔效应传感器:优点和应用

该基于半导体的传感器相对于磁场的变化改变输出电压。它将霍尔效应传感元件与电路相结合,提供模拟输出信号,该信号对应于旋转磁场的变化,而不涉及任何移动部件。该传感器提供两种输出选项:模拟或脉冲宽度调制(PWM)。该器件是可编程的,因此工程师可以将特定的输出电压或PWM与精确的旋转度相关联。多个编程点可在360度旋转下使用。每个编程点表示对应于给定的磁场角度的电压或PWM输出值。这导致相对于旋转度的比例输出信号。

与机械旋转或电阻膜旋转装置不同,旋转霍尔效应传感器不会经历机械磨损或改变电阻值。此外,它在高达+ 105°C的正常工作温度下非常稳定。单位精度为0-360度旋转,0.5 V-4.5 VDC输出或10-90%PWM占空比。

旋转霍尔效应传感器正在变得非常流行,用于替换电阻膜或电位计机械装置。它们用于汽车和非公路应用,例如检测发动机上的EGR阀位置。这些传感器还可用于检测器具和白色家电应用中的拨盘位置。

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图3:用于洗衣机控制转盘的旋转霍尔效应传感器

线性霍尔效应传感器:优点和应用

线性霍尔效应传感器类似于旋转霍尔效应传感器,不同之处在于它们测量磁场的线性运动而不是旋转。霍尔效应传感器可编程设定输出电压,该输出电压与给定行程距离成比例。输出选项与旋转霍尔效应相同。该传感器使用单个霍尔效应芯片测量磁性执行器的线性运动和相对磁通角,最大行程距离为30 mm。这导致相对于传感器的精确移动的比例输出信号。

在将输出电压或PWM值编程为对应于致动磁体的相对磁场值之前,传感器和致动器可以放置在应用内的最终安装区域中,现在包括来自附近环境的所有磁场影响。这允许工程师优化应用的输出,因为磁场的任何分流,机械公差或叠加公差将包括在编程环境中。   

线性霍尔效应传感器通常用作液位传感器,用于监测液位。在该应用中,传感器检测移动浮子的位置,该浮子具有附接到其上的磁体。线性传感器在更复杂的设计中也是有益的,例如汽车变速器换档。

结论

本文及其配套文章介绍了开发需要定制传感器的最佳磁路的方法。在开始设计过程之前,与客户和OEM制造商一起明确定义整个系统设计的参数始终是明智的。

在需要定制传感器的电路中,例如复杂的微处理器控制应用,簧片开关和霍尔效应传感器提供高度可重复且可靠的非接触式技术。数字输出可用于簧片开关和霍尔效应传感器,该技术广泛应用于白色家电和汽车市场。类似地,这两种类型的传感器都可以设计用于定制模拟应用,其中需要高水平的精度和稳定性。




关键词: 霍尔传感器     磁簧开关    

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