Hallovy senzory Honeywell

Snímače jsou vyráběny v integrovaném provedení – Hallův prvek i zesilovací obvod jsou umístěny v jednom pouzdře. Vyrábějí se modifikace pro montáž do otvorů a pro povrchovou montáž. Podle jejich funkčního účelu je lze rozdělit do tří skupin:

• digitální senzory;
• lineární výstupní senzory;
• poměrové senzory.

Obr. 1. Zjednodušené funkční schéma senzoru s lineárním výstupem

Obr. 2. Zjednodušené funkční schéma poměrového senzoru

Na výstupu poměrových senzorů, stejně jako na výstupu lineárních senzorů, se vytváří analogový signál. Jejich rozdíl je snadno patrný ze zjednodušených funkčních diagramů. Obrázek 1 znázorňuje schéma senzoru s lineárním výstupem a obrázek 2 znázorňuje schéma poměrového senzoru. Všechny senzory mají unipolární napájení, ale v závislosti na směru magnetického pole se může měnit polarita na výstupu Hallova prvku, a proto se střed výstupní stupnice senzoru posouvá o polovinu napájecího napětí. Příklad závislosti výstupního signálu senzoru na velikosti vnějšího magnetického pole při různých napájecích napětích je znázorněn na obrázku 3. Lineární senzory obou typů vyžadují externí stabilizované napájecí napětí.

Obr. 3. Závislosti výstupního signálu senzoru na velikosti vnějšího magnetického pole při různých napájecích napětích

Na rozdíl od lineárních senzorů nezávisí výstupní signál digitálních Hallových senzorů na napájecím napětí, ale je určen pouze vnějším magnetickým polem. Napájecí napětí senzoru se proto může měnit v širokém rozsahu a senzor má vestavěný regulátor napětí. Zjednodušené funkční schéma digitálního senzoru je znázorněno na obrázku 4. Digitální Hallovy senzory se někdy nazývají spínače – na jejich výstupu se signál mění z minimální na maximální hodnotu. Hodnota spínací hystereze je určena vestavěným Schmittovym spouštěčem, který je součástí obvodu senzoru.

Obr. 4. Zjednodušené funkční schéma digitálního Hallova senzoru

Pojďme se podrobněji zabývat digitálními Hallovými senzory, které se staly nejrozšířenějšími. Společnost vyrábí unipolární a bipolární senzory. První z nich jsou navrženy pro provoz v magnetickém poli, kde indukční vektor nemění směr – jižní a severní pól si nevyměňují místa. Druhé, bipolární senzory, mohou fungovat i při změně směru siločar magnetického pole. Přenosová funkce bipolárních senzorů je znázorněna na obrázku 5.

Obr. 5. Přenosová funkce bipolárních Hallových senzorů

Protože prahové hodnoty odezvy a uvolnění se mohou měnit v závislosti na teplotě a liší se i v rámci senzorů stejné řady, bipolární senzor v některých případech funguje jako unipolární senzor; na obrázku 5 se jedná o senzory č. 1 a 3. V některých aplikacích je tento stav zcela přijatelný, ale pokud je požadováno, aby výstup senzoru přepínal při různých polaritách magnetického pole, volí se „skutečný“ bipolární (skutečně blokovací) senzor. V tomto případě se prahové hodnoty odezvy senzoru mohou lišit ve velikosti, ale k přepínání dochází vždy pouze při různých polaritách vnějšího magnetického pole.

Všimněte si, že i při významné změně prahových hodnot odezvy se hystereze výstupní charakteristiky mění jen málo. Například práh odezvy „pravého“ bipolárního Hallova senzoru SS461 se pohybuje v rozsahu 5–110 G a práh uvolnění – v rozsahu –5…–110 G, ale hystereze je vždy 50 G. Připomeňme si poměr jednotek měření magnetické indukce: 1 T = 104 G.

Hallovy senzory se používají relativně snadno. Pro konstruktéry celého výrobku mohou nastat určité problémy při výběru umístění senzorů. Aby se tomu předešlo, nabízí se návod [1], který poskytuje podrobná doporučení pro výběr umístění senzoru a popisuje možnosti jeho instalace. Volba konkrétního typu Hallova senzoru závisí na umístění a účelu systému, ve kterém je senzor použit.

Obr. 6. Prahové hodnoty odezvy unipolárního senzoru SS443

Při výběru digitálního Hallova senzoru je nutné alespoň odhadnout hodnotu magnetického pole, prahové hodnoty odezvy senzoru a, co je velmi důležité, rozptyl prahových hodnot odezvy. Jako příklad si uveďme senzory SS443 a SS460S. Prahové hodnoty odezvy unipolárního senzoru SS443 mají poměrně značný rozptyl a závisí také na teplotě (viz obr. 6); mění se i hystereze. Na rozdíl od senzoru SS443 jsou prahové hodnoty odezvy bipolárního senzoru SS460S stabilní v celém rozsahu provozních teplot (viz obr. 7) -40…150 °C a velmi málo závisí na napájecím napětí, které se pohybuje v širokém rozsahu 3–24 V.

Obr. 7. Prahové hodnoty odezvy bipolárního senzoru SS460S

Výstupní stupně digitálních senzorů jsou konstruovány podle schématu se společným kolektorem. Maximální výstupní proud je poměrně vysoký a rovná se 20 mA, což zjednodušuje konstrukci externích zesilovacích stupňů nebo dokonce umožňuje obejít se bez nich a připojit zátěž přímo k výstupu senzoru. Velikost vnějšího magnetického pole není omezena. To je velmi užitečná funkce, která zjednodušuje požadavky na instalaci senzorů.

Dalším důležitým rysem výrobní řady Honeywell je přítomnost modifikací ve stejné rodině senzorů se stejnými pouzdry, ale s různými prahovými hodnotami odezvy. Například v rodině SS400 existují kromě výše zmíněného unipolárního senzoru SS443 také bipolární senzory a „skutečné“ bipolární senzory. Kromě toho si mezi senzory různých typů můžete vybrat senzory s různými prahovými hodnotami odezvy.

Například pokud se změnil design produktu, v důsledku čehož se změnilo umístění senzorů a v důsledku toho i vnější magnetické pole a prahové hodnoty odezvy, pak lze úpravu systému omezit pouze na výběr jiné modifikace senzoru v rámci stejné rodiny. V tomto případě nebude nutné upravovat ani elektrický obvod, ani design.

Řekněme, že jste použili unipolární senzor SS443, ale v důsledku změny místa jeho instalace bylo nutné vybrat senzory s různými prahovými hodnotami odezvy. V tomto případě je senzor SS443 nahrazen modifikacemi SS441 nebo SS449. Jejich prahové hodnoty odezvy a uvolnění se několikrát liší. V tomto případě se celá úprava systému omezí na změnu pouze jedné položky specifikace – výměnu typu senzoru. Samozřejmě můžete vybrat náhradu mezi senzory z jiných rodin, ale při výběru byste měli věnovat pozornost povolenému rozsahu napájecího napětí – může se lišit u senzorů z různých rodin.

Kompletní sortiment produktů Honeywell včetně Hallových senzorů.

Nové přírůstky senzorů magnetického pole (Hallových senzorů) od společnosti Honeywell jsou uvedeny v tabulce: