Hallův senzor v pračce: princip činnosti, přenos dat a rozdíl od tacho senzoru

Předchozí článek pojednával o důležitosti zaměřit se na celý návrh systému spíše než na konkrétní součást magnetického obvodu. V těch systémech, kde jsou vyžadovány speciální senzory, je nutné, aby projektant určil okolní, mechanické, elektrické a magnetické faktory celého systému tak, aby bylo možné vybrat senzor splňující tyto provozní podmínky.

Jak již bylo zmíněno v prvním článku, mezi konstruktérem, výrobcem a zákazníkem musí být zachována jasná a přímá komunikace, aby provozní požadavky na všechna čidla a systém jako celek mohly být jasně definovány a srozumitelné všem zúčastněným stranám. Bez takové neustálé komunikace je malá šance, že bude navržen spolehlivý systém, který bude fungovat tak, jak bylo zamýšleno. Naopak při dobré komunikaci v rámci projektového týmu v průběhu celého procesu lze vyvinout spolehlivý návrh, který splňuje všechny známé požadavky.

Tento článek prozkoumá, jak vybrat technologie magnetických senzorů pro analogové a digitální aplikace. Rovněž definuje a popisuje výhody jazýčkových spínačů a senzorů s Hallovým efektem a uvádí příklady aplikací řízených mikroprocesorem, které tyto senzory používají.

Digitální senzory: Vysoká spolehlivost v diskrétních aplikacích

Mnoho aplikací používá digitální výstup k určení, zda je objekt v určité poloze. Senzor lze například použít ke kontrole přítomnosti ochranného krytu na mechanismu. Pokud je kryt na svém místě, stroj funguje. Pokud tomu tak není, stroj nebude fungovat. V tomto typu diskrétní aplikace je vyžadován digitální výstup. Pro aplikace magnetických senzorů poskytují následující digitální senzory výjimečnou spolehlivost:

Jazýčkové senzory: výhody a použití

Jazýčkový senzor je elektrický spínač, který na rozdíl od integrovaného obvodu nevyžaduje napájení. Vývody se vkládají do zatavené skleněné baňky, ve které jsou umístěny kontaktní destičky. V důsledku toho je klíč v jazýčkovém spínači vysoce spolehlivý, protože není ovlivněn vlhkostí nebo jinými faktory prostředí. Kontakty proto nebudou oxidovat a budou nadále fungovat se zátěží na logické úrovni po miliony cyklů.

Jazýčkové senzory jsou velmi oblíbené mezi aplikacemi napájenými z baterie. Používají se v automobilových bezpečnostních součástech, jako je detekce spony bezpečnostních pásů a detekce kolize. Vzhledem k tomu, že jazýčkové spínače mohou spínat stejnosměrné i střídavé napěťové zátěže, jsou často vybírány pro aplikace digitálního zapnutí/vypnutí, jako je detekce otevření/zavření dveří v bezpečnostních systémech a domácích spotřebičích.

Například dveře chladničky používají jazýčkový spínač ke zjištění, kdy jsou dveře zavřené. Magnet je připevněn ke dveřím a jazýčkový spínač je připevněn k pevnému rámu skrytému za vnější stěnou chladničky. Když jsou dveře otevřené, jazýčkový spínač nemůže detekovat magnetické pole, což způsobí rozsvícení LED lampy. Když se dveře zavřou, senzor detekuje odpovídající magnetické pole a LED zhasne. V této aplikaci přijímá mikrokontrolér uvnitř ovládací skříňky signál z jazýčkového spínače a poté rozsvítí nebo zhasne LED.

Digitální Hallovy senzory: výhody a použití

Digitální Hallovy snímače využívají polovodičové prvky a jejich výstupní napětí se mění v závislosti na změnách magnetického pole. Tyto senzory kombinují snímací prvek s Hallovým efektem a elektrický obvod, aby poskytovaly on/off digitální výstupní signál, který odpovídá změnám v magnetickém poli bez použití jakýchkoliv pohyblivých částí. Použití snímače Hallova jevu je omezeno na aplikace s nízkým konstantním napětím a proudem. Na rozdíl od jazýčkového spínače obsahuje zařízení s Hallovým efektem aktivní obvody, takže kdykoli odebírá malé množství proudu.

Digitální snímače Hallova efektu poskytují vysokou spolehlivost a lze je naprogramovat tak, aby se aktivovaly při dané síle magnetického pole pro přesné požadavky na měření.

Tyto snímače jsou velmi oblíbené ve vysokorychlostních měřicích obvodech pro domácí stroje, jako jsou pračky a sušičky. V této aplikaci rotující 16pólový prstencový magnet aktivuje Hallův senzorový čip pokaždé, když projde červený (severní pól) segment, a deaktivuje jej pokaždé, když projde bílý (jižní pól) segment, což má za následek velmi přesný signál odpovídající rychlosti. Digitální snímače Hallova efektu jsou zvláště užitečné v automobilových bezpečnostních aplikacích, jako je detekce přezky bezpečnostních pásů a detekce rychlosti převodovky.

Analogové/proporcionální senzory pro lepší stabilitu a přesnost

Analogové měřicí aplikace umožňují koncovému uživateli získat okamžitou zpětnou vazbu o poloze magnetu. Analogový snímač Hallova efektu má vysoce přesný výstupní signál s vysokým rozlišením.

Dříve analogové Hallovy senzory měřily hustotu toku magnetů a byly do značné míry závislé na vnější teplotě. Protože se technologie analogového Hallova efektu v posledních letech vyvíjely, namísto tradiční amplitudy pole nyní Hallův senzor IC měří úhel pole, takže je mnohem méně citlivý na změny teploty. Toto vylepšení umožňuje senzoru poskytovat stabilnější analogový výstup v širším teplotním rozsahu.

Podívejme se na dva typy Hallových senzorů, které lze vybrat pro analogové měřicí obvody:

Rotační Hallův senzor: výhody a použití

Tento polovodičový snímač mění výstupní napětí při změně magnetického pole. Kombinuje snímací prvek s Hallovým efektem a elektrický obvod, který poskytuje analogový výstupní signál, který odpovídá změnám točivého magnetického pole bez použití jakýchkoli pohyblivých částí. Tento senzor nabízí dvě možnosti výstupu: analogový nebo pulzně šířkově modulovaný (PWM). Zařízení je naprogramováno tak, aby technik mohl spojit konkrétní výstupní napětí nebo signál PWM s přesným stupněm otáčení. Při otočení až o 360° je k dispozici více programovacích bodů. Každý programovatelný bod představuje napětí nebo PWM signál, který odpovídá danému úhlu magnetického pole. Výsledkem je výstupní signál úměrný úhlu natočení.

Na rozdíl od mechanických a odporových zařízení s rotujícím filmem nedochází u rotačního Hallova senzoru k mechanickému opotřebení nebo změnám hodnot odporu. Navíc je velmi stabilní při běžných provozních teplotách do +105°C. Výsledky měření úhlu natočení v rozsahu 0°–360° jsou přesně kalibrovány v odpovídajícím rozsahu výstupního DC napětí 0,5V–4,5V nebo pracovního cyklu PWM signálu 10–90 %.

Rotační Hallovy snímače se stávají velmi oblíbenými jako náhrada za mechanické odporové filmové potenciometry. Používají se v automobilovém průmyslu a v terénních aplikacích, jako je snímání polohy ventilu EGR v motorech. Tyto senzory lze také použít k detekci polohy otočných knoflíků u spotřebičů a domácích spotřebičů.

Lineární Hallův senzor: výhody a použití

Lineární Hallovy senzory jsou podobné rotačním Hallovým senzorům s tím rozdílem, že měří spíše lineární než úhlový pohyb magnetického pole. Hallův senzor je naprogramován tak, aby produkoval specifikované napětí úměrné zadané vzdálenosti. Jeho typy výstupních signálů jsou stejné jako u rotačních Hallových senzorů. Senzor měří lineární posun a relativní úhel magnetického toku ve vzdálenosti až 30 mm na IC Hallova senzoru. Výsledkem je výstupní signál přesně úměrný pohybu snímače.

Před naprogramováním výstupních napětí nebo hodnot PWM, které odpovídají intenzitě relativního magnetického pole magnetu na aktuátoru, lze senzor a aktuátor umístit na místo konečné montáže v zařízení, aby bylo možné zohlednit jakékoli magnetické vlivy z okolního prostředí. být vzaty v úvahu během procesu programování. To umožní technikovi upravit výstup senzoru, protože proces programování bude brát v úvahu jakýkoli posun, mechanické nebo vnější účinky magnetického pole.

Lineární Hallovy snímače se často používají jako snímače hladiny kapalin. V této aplikaci senzor detekuje polohu pohybujícího se plováku s připojeným magnetem. Lineární snímače jsou také užitečné ve složitějších konstrukcích, jako je automobilová převodovka.

Závěr

Tento článek vysvětluje metodologii návrhu optimálního magnetického obvodu, který vyžaduje vlastní senzor. Před zahájením procesu návrhu je vždy důležité definovat parametry návrhu celého systému.

V aplikacích, kde jsou vyžadovány speciální senzory, jako jsou složité aplikace řízené mikroprocesorem, poskytují jazýčkové spínače a senzory s Hallovým efektem bezkontaktní technologii, která je vysoce opakovatelná a spolehlivá. Digitální výstup je k dispozici jak pro jazýčkové spínače, tak pro Hallovy senzory a tato technologie je široce používána v domácích a automobilových aplikacích. Obdobně mohou být oba tyto typy snímačů navrženy pro použití v analogových aplikacích, kde je vyžadována vysoká úroveň přesnosti a stability.

Moderní pračky jsou vybaveny mnoha senzory, které jim pomáhají pracovat efektivněji a bezpečněji. Jednou z těchto důležitých složek je Hallův senzor. Tento senzor hraje klíčovou roli při sledování a řízení chodu motoru pračky a také zajišťuje přesné otáčení bubnu. V tomto článku se podrobně podíváme na princip fungování Hallova senzoru, jak přenáší informace do řídicího modulu a čím se liší od tacho senzoru.

Co je to Hallův senzor?

Hallův senzor je elektronická součástka, která se používá k měření magnetických polí. Byl vyvinut v roce 1879 americkým fyzikem Edwardem Hallem a stal se základem pro vytvoření mnoha různých senzorů v elektronické technologii. V pračce se používá Hallův senzor ke sledování polohy a rychlosti otáčení motoru a bubnu.

Hallův senzor funguje na základě Hallova jevu: když magnetické pole protíná polovodičový materiál, objeví se na jeho okrajích napětí, které lze změřit. Toto napětí je úměrné velikosti magnetického pole, a proto jeho změny mohou signalizovat různé děje v provozu stroje, jako je rychlost otáčení bubnu nebo poloha rotoru.

Jak Hallův senzor přenáší informace do řídicího modulu?

Hallův senzor v pračce se obvykle používá ke sledování polohy rotoru nebo rychlosti otáčení motoru. Jeho práce úzce souvisí s magnetickým polem, které se vytváří na hřídeli motoru nebo jiném rotujícím prvku.

1. Generování signálu: Hallův snímač obsahuje magnet, který se otáčí s bubnem nebo rotorem. Pokaždé, když kolem Hallova senzoru projde magnet, senzor vygeneruje elektrický impuls. Počet takových impulsů je úměrný rychlosti otáčení rotačního prvku.
2. přenos signálu: Signály, které Hallův senzor generuje, jsou přenášeny řídicí modul (nebo elektronická řídicí jednotka). Tento signál je obvykle digitální pulzní výstup (zapnuto/vypnuto), který indikuje, že magnet prošel kolem senzoru.
3. Zpracování dat řídicím modulem: Řídicí modul přijímá informace ze snímače a používá je k výpočtu rychlosti otáčení bubnu nebo rotoru. Tyto informace jsou nezbytné pro přesné řízení pohybu motoru. Řídicí modul může také používat data ke sledování otáčení bubnu v různých směrech a v případě potřeby také upravit rychlost odstřeďování. Pokud dojde k poruše nebo žádný signál z Hallova snímače, řídicí modul nemusí nastartovat motor nebo zastavit stroj, aby nedošlo k poškození.

Jak řídicí modul využívá data z Hallova senzoru?

Řídicí modul pračky přijímá data z Hallova senzoru do:

1. Rychlost otáčení koleje: Získané informace pomáhají řídit rychlost otáčení bubnu, zejména během fází odstřeďování, kdy je důležité přesné nastavení.
2. Pochopte polohu bubnu: Signály ze snímače pomáhají řídicímu modulu určit směr otáčení bubnu a udržovat správnou orientaci.
3. V případě poruchy zastavte vůz: Pokud řídicí modul neobdrží data z Hallova senzoru, může to považovat za poruchu a zastavit stroj, aby se předešlo vážnějšímu poškození.

Jaký je rozdíl mezi Hallovým senzorem a tacho senzorem?

Ačkoli Hallův snímač a otáčkoměr plní podobné funkce (jako je sledování otáček motoru), mají několik důležitých rozdílů.

1. Princip činnosti:
   • Hallův senzor: Používá magnetické pole k vytvoření signálu. V závislosti na provedení může být buď digitální (pulzní výstup) nebo analogový.
   • Tacho senzor: Je to generátor střídavého napětí, který vytváří sinusový nebo pulzující signál v závislosti na otáčkách motoru. Tacho senzor obvykle produkuje analogový signál.
2. Typ signálu:
   • Hallův senzor obvykle generuje digitální impulsy, díky čemuž je odolnější vůči šumu a snáze se zpracovává data.
   • Tacho senzor vytváří analogový signál, který musí být převeden na digitální signál pro zpracování v moderních systémech.
3. přihláška:
   • Hallův senzor se častěji používá k ovládání polohy a rychlosti otáčení v moderních pračkách, protože jeho signály se snáze zpracovávají.
   • Tacho senzor Tradičně se používá u starších modelů a některých průmyslových strojů pro přesnější řízení otáček motoru.
4. Citlivost na vnější rušení:
   • Hallův senzor méně citlivý na vnější rušení, protože funguje na bázi magnetického pole, takže je spolehlivější v prostředích, kde je vyžadováno přesné měření rychlosti.
   • Tacho senzor může být náchylnější k rušení a hůře zpracovatelné signály, takže je méně vhodný pro moderní systémy.

Závěr

Hallův senzor je důležitou součástí moderní pračky, pomáhá řídit rychlost a směr otáčení motoru. Přenáší informace do řídicího modulu, který tato data zpracovává, aby přesně reguloval chod stroje. Rozdíl mezi Hallovým senzorem a tacho senzorem spočívá v principu činnosti, typu signálu a použití v různých modelech praček. Hallův senzor se díky své přesnosti a spolehlivosti stal standardem ve většině moderních praček a zajišťuje stabilnější provoz zařízení