Paprastai vairasvirtės naudojimo procese yra du būdai gauti analoginį išvesties signalą: Holo jutiklio forma ir potenciometro tipas.
1, Šiuo straipsniu siekiama išsiaiškinti pagrindinį Holo jutiklio įgyvendinimo principą, 2D salės ir 3D salės skirtumus, pranašumus ir trūkumus.
Hall efekto apibrėžimas:
Holo efektą atrado fizikas Holas 1879 m. Jis apibrėžia ryšį tarp magnetinio lauko ir indukuotos įtampos. Šis efektas visiškai skiriasi nuo tradicinės elektromagnetinės indukcijos.
——Vaizdas iš interneto
Kaip parodyta aukščiau, kai elektros srovė teka per laidininką, esantį magnetiniame lauke (tamsintas paviršius), magnetinis laukas veikia laidininke esančius elektronus statmenai elektronų judėjimo krypčiai, todėl susidaro potencialų skirtumas. abiem kryptimis statmenai laidininkui ir magnetinio induktyvumo linijai.
Kai puslaidininkiui taikomas statmenas srovės krypčiai magnetinis laukas, puslaidininkyje esantys elektronai ir skylės bus traukiami Lorenco jėgos įvairiomis kryptimis ir agreguojasi skirtingomis kryptimis. Tarp surinktų elektronų ir skylių susidarys elektrinis laukas. Subalansavus elektrinio lauko jėgą ir Lorenco jėgą, jos nebebus agreguojamos. Tokiu atveju elektrinis laukas vėlesnius elektronus ir skyles paveiks elektrinio lauko jėga ir subalansuos magnetinio lauko generuojamą Lorenco jėgą, kad paskesni elektronai ir skylės galėtų sklandžiai praeiti be nukrypimų, o tai yra Holo efektas. . Įtampos skirtumas tarp dviejų pusių vadinamas Holo įtampa.
Schema
Elektronas sukuria potencialų skirtumą magnetiniame lauke, dėl kurio atsiranda Lorenco jėga
Lorenco jėga F=qE plius qvB/c
Taigi Halės laukas
UH=RH·I= -B·I /(q·n·c)
Hall efekto pritaikymas:
Nors Holo efektas buvo atrastas anksčiau, jį ribojo nuolatinių magnetų ir elektroninių komponentų kūrimas. Salės jutikliai pirmą kartą pasirodė maždaug aštuntajame dešimtmetyje.
Pagrindinis „Hall“ jutiklis yra sukurtas kaip labai patikimas „Hall“ lusto integrinis grandynas, supakuotas silicio monokristalinės medžiagos grandinės lustą į sandarią pakuotės struktūrą.
Tačiau dėl grandinės projektavimo problemų pirmą kartą naudojamas Hall lustas dėl temperatūros dreifo sukels didelius įtampos pokyčius, kurių negalima pritaikyti tikroje pramoninėje aplinkoje.
Vėliau, maždaug iki 1990-ųjų, kai kurios įmonės, pavyzdžiui, MLX, naudojo temperatūros kompensavimo grandines, kad kompensuotų su temperatūra susijusių parametrų įtaką magnetinio lauko skaičiavimo formulėje, kad magnetinis laukas nesikeistų su temperatūra. Be to, „Hall“ lustas įgyvendino programuojamą veikimą, kuriam nereikia pritaikyti „Hall“ lusto nustatyto analoginio išvesties prie naudojimo reikalavimų, ir labai praplečia „Hall“ lusto naudojimo scenarijų ir apimtį.
„Hall“ lustas buvo pradėtas plačiai naudoti pramoninėje ir transporto priemonių aplinkoje, naudojamas įvertinti poslinkio ir sukimosi kampo parametrus ir konvertuoti juos į analoginę išvestį.
Po „MLX Company“ daugelis IC gamintojų namuose ir užsienyje prisijungė prie „Hall“ lusto kūrimo. Dabar naudojamas įprastas „Hall“ lustas paprastai yra pagamintas iš kelių „Hall“ lustų, uždėtų pertekliniam sprendimui, o tai labai pagerina analoginės išvesties skiriamąją gebą ir tikslumą.
Salės naudojimas rankenoje:
Ankstyvosiose pramoninėse rankenose buvo pasiekta analoginė galia per besisukančią rankenos konstrukciją, kuri pastūmėjo kulką, kad įjungtų hidraulinį vožtuvą. Atsiras išmaniojo valdymo ir loginio dizaino trūkumų, o hidrauliniame įrenginyje neišvengiamai atsiras alyvos nuotėkio reiškinys, kurio negalima naudoti vietoje, kur keliami dideli taršos lygio reikalavimai, arba vietoje, kur reikalinga švari aplinka.
Hidraulinis kulkos formos naudojimas
——Vaizdas iš interneto
Pirmą kartą Hall vairasvirtėse panaudojo Vokietijos gamintojas Danfoss. Jos pagrindiniai produktai yra JS1, JS1000 ir pan.
Rankenoje dažniausiai naudojami salės lustų gamintojai, įskaitant MLX, TI, McGahn ir pan.
Yra skirtumų tarp 2D plokštumos salės ir 3D salės pagal skirtingus naudojimo būdus.
Skirtumas tarp 2D salės ir 3D salės:
Paprastai Hall naudojimas rankenoje skirstomas į sukamąjį ir poslinkį bei siūbavimą. Sukamasis tipas yra 2D salė, o poslinkio ir siūbavimo tipas yra 3D salė.
* Atkreipkite dėmesį į magnetinio plieno naudojimą:
Nepriklausomai nuo salės formos, norint pasiekti salės darbo stabilumą, yra du pagrindiniai valdymo reikalavimai.
Pirmasis yra atstumas tarp magnetinio plieno ir Hall centro, kuris skiriasi priklausomai nuo skirtingų Hall lustų modelių. Paprastai tai yra apie 1–5 mm.
Antrasis yra magnetinio plieno įmagnetinimo dydis, atsižvelgiant į Hall lusto modelį, jis yra skirtingas, paprastai nuo dešimčių mT iki šimtų mT.
Jei kuris nors iš dviejų parametrų nepatenka į diapazoną arba nuokrypis yra didelis, tai sukels Hall lusto nestabilumą, dėl kurio atsiranda išvesties mutacija arba išvesties nuokrypis.
Be to, paprastai magnetinis plienas nesukels išėjimo nuokrypio dėl išmagnetinimo ilgalaikio naudojimo metu, o pagrindinis jo parametras yra magnetinio plieno koerciškumas. Koercyvumas reiškia, kad magnetinės indukcijos intensyvumas B negrįžta į nulį, kai išorinis magnetinis laukas grįžta į nulį po magnetinių medžiagų prisotinimo įmagnetinimo. Tik pridėjus tam tikro dydžio magnetinį lauką priešinga pradiniam įmagnetinimo laukui, magnetinės indukcijos intensyvumas gali grįžti į nulį, o tai vadinama koerciniu magnetiniu lauku arba koercine jėga.
Apskritai, magnetinio plieno koercicijai reikalingas Hcb, didesnis arba lygus 850KA/m; Būdingoji koercicija Hcj Didesnė arba lygi 955KA/m. Pagrindinis įtakojantis veiksnys yra magnetinio plieno medžiaga. Paprastai ferito medžiagos koercicija yra maža, todėl magnetinis plienas ilgą laiką išmagnetinamas. Ir NdFeb medžiagos prievarta yra didesnė, paprastai ne ilgalaikė aukšta temperatūra (virš 60–80 laipsnių) naudojimo sąlygomis, maždaug nuo penkerių iki dešimties metų naudojimo yra daugiau nei pakankamai.
Rankenai naudojamas magnetinis plienas paprastai yra N35 Ndfeb magnetinis plienas.
Kiti valdomi magnetinio plieno elementai yra remanencija Br ir didžiausias magnetinės energijos produktas BH(max).
1. Sukamasis tipas:
Rotary Hall paprastai nustatoma sukimosi ašies centre, o įmagnetinimo kryptis yra radialinė. Sukant rankenos veleną, Holo įtampa sukuriama dėl magnetinio srauto pasikeitimo per Holo jutiklį.
Šio naudojimo metodo pranašumai yra šie:
1. Gera įtampos simetrija;
2. Žemas realizavimo sunkumas;
3. Dviejų velenų rankenos atveju XY ašies trukdžiai yra nedideli;
4. Vienos ašies rankena užima mažiau vietos.
5. Mažas įmagnetinimo sunkumas.
6. Sukimosi kampas gali būti didelis (mažiau nei 360 laipsnių)
Trūkumai yra šie:
1. Kai realizuojama dviejų ašių rankena, ji turi užimti gana didelę erdvę;
2. Turi būti naudojamas sukimosi centre.
Sukimosi tipas
1. Poslinkio formulė:
Paprastai poslinkis naudojamas ir 3D salės, pavyzdžiui, pirmosios vėliavėlės MT1531 lusto, naudojimas. Paprastai įmagnetinimo kryptis yra radialinė. Tokiu būdu magnetinio lauko plieno magnetinis srautas turėtų būti 0mT vidurio taške, kuris yra didžiausias abiejose pusėse. Kai magnetinis plienas įmagnetinamas tokiu būdu, būtina laikytis įmagnetinimo vienodumo reikalavimų abiejose juostinio magnetinio plieno arba lenkto magnetinio plieno pusėse. Jei magnetinis dydis yra kitoks, magnetinio srauto pasiskirstymas bus netolygus, todėl, purtant rankeną, abiejų pusių išvesties nuokrypis bus tiesinis.
Privalumai:
1. Konstrukcija paprasta, o poslinkio salės kaina nedidelė;
2. Magnetinio plieno konstrukcinė fazė, kurią sunku įdėti į sukimosi centrą, yra geresnė;
3. Lanksti struktūra, gali padaryti daugiau veislių struktūros.
Trūkumai:
1. Magnetiniam plienui reikia įmagnetinimo simetrijos;
2. Apskritai labai sunku realizuoti poslinkio formulės tiesinę simetriją;
3. Sukimosi kampas neturi būti per didelis; (paprastai ne aukštesnė kaip 40 laipsnių)
——Vaizdas iš MLX90333 specifikacijos
1. Sūpynių tipas:
Osciliuojanti salė yra įprasta dviašės salės įgyvendinimas. Jis realizuoja dviejų ašių ar net kelių ašių vienos lusto išvestį, uždėdamas kelias Hall lustas ant Hall jutiklio.
Paprastai magnetinio plieno įmagnetinimo kryptis yra ašinis įmagnetinimas, o apskrito magnetinio plieno ašinis įmagnetinimas labai sumažins įmagnetinimo sunkumus.
——Vaizdas iš MLX90333 specifikacijos
„Hall“ jutiklių atveju, nors vienas 3D lustas yra brangesnis nei 2D lustas, dviašės išvesties diegimo kaina yra santykinai mažesnė nei naudojant dvi 2D lustus.
Privalumai:
1. Magnetinis plienas turi mažai įmagnetinimo sunkumų. Mažas surinkimo sunkumas;
2. Biaksi realizavimo kaina yra maža;
3. Horizontali rankenos erdvė mažiau užimta;
Trūkumai:
1. Hall pleistro poslinkio reikalavimas yra gana didelis, o SMT poslinkio reikalavimas paprastai yra ne didesnis kaip 1/2 suvirinimo pėdos; Priešingu atveju bus dideli dviašiai trukdžiai (ty, stumiant vieną ašį, kitos ašies išvesties svyravimai, 3D Hall negali išvengti dviašių trukdžių, bet paprastai išvesties nuokrypių diapazone laikoma kvalifikuota)
2. Vienaašės galios pasiekimo kaina bus didesnė;
3. Sukimosi kampas yra mažesnis nei poslinkio tipas (paprastai ne didesnis kaip 30 laipsnių);
Šanchajaus Chen Gong Electric Control HJ8 rankena naudoja MLX90333 3D salę.
Ii. Veiksniai, turintys įtakos Hall išvesties nuokrypiui:
Apskritai, veiksniai, turintys įtakos Hall išėjimo įtampai, yra daugiausia šios priežastys. Paprastai kalbant, kadangi lustas sugenda retai, išėjimo įtampos nuokrypio priežastys daugiausia analizuojamos atsižvelgiant į magnetinio srauto pokyčius:
1. Magnetinio plieno sukelti magnetinio srauto pokyčiai:
Magnetinis plienas pakeis magnetinį srautą ir išėjimo įtampą dėl įvairių priežasčių, tokių kaip:
A. Prasta apsauga lemia geležies miltelių adsorbciją ant magnetinio plieno, dėl ko keičiasi magnetinis srautas.
B. Netinkamas magnetinio plieno tvirtinimas veda prie magnetinio plieno atsipalaidavimo;
C. Kai magnetinis plienas yra kniedytas arba fiksuotas, atsiranda paslėptų įtrūkimų, dėl kurių gali atsirasti įtrūkimų ir magnetinio srauto pakitimų esant aukštai ir žemai temperatūrai.
Būdai, kaip išvengti:
Šiuos veiksnius reikia išanalizuoti ir imtis tolesnių tobulinimo priemonių projektavimo ir proceso FEMA.
2. Magnetinio srauto pokyčiai dėl išorinių priežasčių:
Paprastai magnetinis srautas per Hall lustą keičiasi dėl grandinės svyravimų, kuriuos sukelia išorinis magnetinis laukas arba įtampos poveikis, taip paveikiant išėjimą.
Būdai, kaip išvengti:
Buvo atliktas EMC testas, o Holo lusto ekranavimui padidinti panaudotas ekranas.
3. Išėjimo nuokrypis dėl mechaninės struktūros:
Po ilgalaikio naudojimo padidėja mechaninis tarpas, todėl padidėja išėjimo nuokrypis.
Būdai, kaip išvengti:
Optimizuokite konstrukcijos dizainą.
4. Išorinės įvesties įtampos nereguliuojamas maitinimo šaltinis:
Paprastai tariant, vardinė Hall rankenos gamintojo įvesties įtampa yra 5.0Vdc±0,5 V, tačiau praktiškai ši įtampa reiškia įtampą, kuri valdo Holo jutiklį. Jei kalibravimo išėjimo įtampos vertė yra 0,5–2,5–4,5 V išėjimo, įvesties 5,5 V įtampa, vidutinė išėjimo įtampa bus 2,75 V, viršijanti vidutinių reikalavimų diapazoną. Todėl klientams paprastai liepiama naudoti reguliuojamą maitinimo šaltinį. Maitinimo nuokrypis paprastai yra ±0,2 V, esant geriausiems ±0,1 V diapazonams.
