Датчик холла 565k – Как подключить датчик Холла 49E к Arduino

Датчики положения (индуктивный датчик, датчик Холла)

Датчики положения (индуктивный датчик, датчик Холла)

Для измерения скорости вращения и определения положения различных узлов двигателя используются датчики положения. К ним относятся: датчик положения коленчатого вала (ДПКВ), датчик положения распределительного вала (ДПРВ) или датчик фазы (ДФ), датчик скорости (ДС), датчики ABS.
Сигнал ДПКВ используется для определения частоты вращения КВ, а также его мгновенного положения. Т.к. частоты вращения распределительного и коленчатого валов соотносятся как 1:2, то только по сигналу ДПКВ невозможно однозначно определить находится ли поршень двигателя, движущийся к ВМТ, на такте сжатия или выпуска. Фазный датчик на распределительном валу передает эту информацию в блок управления.
В качестве примера приведен сигнал с авто ВАЗ.


Сигналы ДПКВ (синий) и ДПРВ (зеленый)

К наиболее распространенным типам этих датчиков относятся: индуктивный (электромагнитный) датчик и датчик Холла.

Индуктивный датчик

Этот тип датчика наиболее распространен в качестве ДПКВ. Датчик монтируется поблизости от подвижного элемента, называемого маркерным диском. Этот элемент представляет собой стальной диск с зубьями, который жестко зафиксирован на коленчатом валу (может находиться как со стороны ременной передачи, так и непосредственно на маховике КВ).


Расположение ДПКВ
1. ДПКВ
2. Маркерный диск
3. Разъем датчика

Датчик состоит из обмотки с сердечником из постоянного магнита. Когда зуб проходит перед датчиком, это приводит к усилению магнитного потока, проходящего через обмотку. Напротив, увеличение зазора ослабляет этот поток. Происходит изменение магнитного поля, которое вызывает появление индукционного тока в обмотке. Амплитуда напряжения переменного тока сильно возрастает по мере повышения частоты вращения маркерного диска (от нескольких мВ до значений более 100 В).


Конструкция индуктивного датчика
1. Обмотка
2. Метка на маркерном диске в виде пропущенных зубьев
3. Постоянный магнит

Маркерный диск может иметь как пропуски зубьев, так и более широкие зубья.

Кол-во зубьев маркерного диска зависит от его назначения и модели авто. В качестве маркерного диска для КВ наиболее распространенным является диск с 60-ю зубьями, при этом два зуба пропущены. Зазор с пропущенными зубьями предназначен для отметки определенного положения коленчатого вала и служит как установочная метка для синхронизации блока управления.
На маркерных дисках системы ABS пропуск зубьев отсутствует, т.к. в данной системе положение колеса не принципиально, имеет значение только скорость вращения.


Пример сигнала индуктивного датчика ABS

В варианте исполнения для ДПРВ, маркерный диск может иметь всего один зуб, т.к. в данном случае нет необходимости измерять скорость вращения, нужно определить только положение РВ для определения фазы работы двигателя.

Для дальнейшего анализа электронный блок производит преобразование аналогового сигнала в цифровой. Амплитуда напряжения сигнала пропорциональна скорости прохождения подвижной детали перед датчиком. Напряжение также в значительной степени зависит от расстояния между вершинами зубьев и поверхностью датчика, как правило, зазор составляет 1±0,5 мм. Подсчитывая число импульсов в течение заданного промежутка времени, электронный блок может определить скорость вращения КВ.
Индуктивный датчик подключается к контроллеру экранированной парой проводов с заземлением экранирующей оплетки на кузов автомобиля.


Пример схемы подключения ДПКВ

Для записи осциллограммы индуктивного датчика, необходимо подключиться измерительным щупом непосредственно к сигнальному выходу датчика либо к разъему со стороны ЭБУ.


Подключение мотор-тестера к ДПКВ (цветовая маркировка проводов указана в качестве примера)

Датчик Холла

В таких датчиках использован эффект Холла. Интегральная схема датчика Холла располагается между маркерным диском и постоянным магнитом.
Когда зуб маркерного диска проходит у элемента датчика, то он изменяет величину магнитного поля, пронизывающего элемент Холла. За счет этого возникает сигнал напряжения, который находится в милливольтновом диапазоне и не зависит от относительной скорости между датчиком и маркерным диском. Оценивающая электронная схема, встроенная в интегральную схему, вырабатывает сигнал в форме прямоугольных импульсов.


Датчик Холла
1. Постоянный магнит
2. Интегральная схема Холла.
3. Маркерный диск
4. Разъем датчика

Как правило, датчик Холла имеет три вывода: питание +5В (+12В), «земля», сигнальный выход.


Пример схемы подключения ДПРВ

Для записи осциллограммы датчика Холла, необходимо подключиться измерительным щупом непосредственно к сигнальному выходу датчика либо к разъему ЭБУ.


Подключение мотор-тестера к ДПРВ (цветовая маркировка проводов указана в качестве примера)

Для записи сигнала ДПКВ рекомендуется использовать 2ой аналоговый канал мотор-тестера, для сигнала ДПРВ — 3ий канал. При наличии нескольких ДПРВ, можно использовать любой свободный аналоговый канал.


Настройка аналогового канала для индуктивного датчика


Настройка аналогового канала для датчика Холла

Дополнительные возможности ПО:
Автоподстройка линейки по любому «стандартному ДПКВ» (тема на форуме)

Одновременный анализ сигналов ДПКВ и ДПРВ позволяет проверить работу этих датчиков, а также правильность установки КВ и РВ (соответствие меток ГРМ).

автор: Евгений Куришко

www.mlab.org.ua

Датчик Холла: принцип работы, предназначение, диагностика.

Датчик Холла (ДХ) является важнейшим элементом бесконтактной системы зажигания силовой установки в автомобиле. Даже при возникновении малейшей неполадки данного узла происходит сбой всей системы работы двигателя. Поэтому, во избежание ошибок при диагностике, необходимо знать, каким образом проверяется ДХ, а при возникновении необходимости уметь заменить его.

Датчик Холла (датчик положения распредвала) — одна из важнейших составляющих трамблера (прерыватель-распределитель). Расположен возле вала трамблера. На нем фиксируется пластина, обеспечивающая прохождение магнитных волн, и по виду напоминающая корону. Количество прорезей в пластине идентично количеству цилиндров в силовом агрегате. ДХ имеют действующий магнит внутри.

Расположение датчика

Эффект Холла

Суть работы узла строится на одноименном эффекте: возникновение поперечной разности (холловское напряжение) потенциалов в момент перемещения какого-либо проводника при постоянном напряжении в магнитное поле.
Эффект достигается путем прохождения тока через клеммы пластины (расположена внутри поля магнита) с полупроводкой. Далее — боковые клеммы образуют напряжение.

Датчики Холла получили широкое применение при производстве автомобилей. Устройство позволяет определять, на какой угол отклонился распределительный вал, и даже коленчатый вал (некоторые автомобили). На авто, имеющими архаичный силовой агрегат, устройство сигнализировало о моменте образования искры.

История

Явление было открыто американским физиком — сотрудником балтиморского университета Э. Холлом в 1879 году. Суть открытия заключалась в следующем: помещение прямоугольной полупроводниковой пластины в магнитное поле с последующим подведением к ее сторонам электрического тока провоцировало образование напряжения на широких сторонах пластины (в диапазоне от десятков микровольт до милливольт, исчисляющимися сотнями).

Эффект привлек внимание общественности, но его применение в области техники началось только по прошествии 75 лет — когда промышленными масштабами стали выпускать первые полупроводниковые пленки с необходимыми свойствами.
Чуть позже — когда начала развиваться микроэлектроника, специалисты создали компактный агрегат, включающий в себя все необходимые элементы: постоянный магнит; микросхема, имеющая чувствительный элемент. Такое устройство обладает рядом неоспоримых достоинств.

Особенности технологии

Преимущества новоявленного устройства:

  1. Небольшие габариты.
  2. Наличие важного параметра, который позволяет изменять частоту срабатывания (обороты двигателя) при отсутствии смещения измерительного момента.
  3. Наличие «прямоугольного» сигнала от агрегата (профессиональная терминология: набор определенной и постоянной величины узлом при его включении, при этом скачки в напряжении отсутствуют). Это большое достоинство для области управления электроникой.

Недостатки:

  1. Чувствительность к помехам электромагнитных полей, которые возникают в цепочке питания.
  2. Датчик Холла имеет более высокую стоимость относительно магнитоэлектрического и обладает меньшей надежностью (теоретически). Это связано с наличием у него электронной схемы, производство в крупных масштабах, прогрессивные технологии снижают данные факторы до минимума.

Алгоритм действия


Принцип работы датчика Холла строится на изменении траектории движения заряженных частиц в полупроводнике при преобразовании магнитного поля, которое пересекает полупроводник. Магнитное поле образуется посредством постоянного магнита, что расположен в ДХ. Преобразование магнитного поля осуществляется замыканием репера (металлический зуб) магнитного зазора. Репер расположен на шкиву (либо особом задающем диске) с зубчатыми элементами, что крепится к распределительному валу.

Репер в момент прохождения рядом с устройством образует импульс напряжения, передающийся к ЭБУ. Передаваемый сигнал на ДХ зависит от частоты, с которой вращается распредвал, и поступает на различных временных промежутках. Блок управления (ЭБУ) расшифровывает поступающие сигналы и определяет положение верхней мертвой точки такта сжатия (ВМТ) поршня в первом цилиндре. После — обеспечивается поступление топливно-воздушной смеси в камеру сгорания с ее последующим воспламенением.

На автомобиле с двигателем, имеющим систему изменения фаз газораспределительного механизма, ДХ выполняет функцию управления этим механизмом. ДХ располагается на распредвале впускных/выпускных клапанов.
Датчик Холла оснащен тремя клеммами:

  • на «массу»;
  • «плюсовая» с входным напряжением порядка 6 В;
  • выходная. С нее преобразованный сигнал импульса отправляется на коммутатор.

Устройство работы

На дизельном моторе

Чуть иначе функционирует ДХ мотора, работающего на тяжелом топливе. Сигналы агрегата предназначены для фиксации прохождения поршнями ВМТ в каждом цилиндре. Благодаря этому, положение распредвала по отношению к коленвалу определяется с высокой точностью. Этим контролируется точность момента впрыска, что обеспечивает моментальный запуск дизельного силового агрегата и его устойчивая на любых оборотах.

С целью реализации поставленных задач конструкция претерпела изменения — доработан задающий диск, который имеет реперы для каждой камеры сгорания: сюда можно отнести части диска с разной угловой шириной либо комплект р

autoexpert.today

Датчики Холла

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ХОЛЛА

СОДЕРЖАНИЕ.

Стр.

1.1. Эффект Холла. 3

1.2. Параметры и характеристики датчиков Холла. 6

1.3. Изготовление и применение датчиков Холла. 10

1.4. Точностные характеристики датчиков Холла. 15

1.5. Погрешности преобразователей Холла. 19

1.6. Динамические характеристики преобразователей Холла. 22

2.1. Магниторезистивный эффект. 24

2.2. Изготовление магниторезисторов. 27

2.3. Применение магниторезисторов. 29

2.4. Основные метрологические характеристики магниторезисторов. 29

  1. Вывод. 30

  2. Контрольные вопросы. 31

5. Список литературы. 32

1.1. Эффект Холла.

В основе датчиков э. д. с. Холла лежит явление искривления пути носителей заряда в полупроводниках, находящихся в магнитном поле. Это явление впервые было открыто американским физиком Эдвином Холлом в 1876 г.

Рассмотрим прямоугольную пластину полупроводника с электропроводностью n-типа, расположенную, как показано на рис. 1, а.

В направлении оси х протекает ток Ixот внешнего источника. Пластина помещена в магнитное поле Нy, перпендикулярное направлению тока.

В отсутствие магнитного поля электроны двигаются в пластине в направлении электрического поля Еx. В магнитном поле электроны отклоняются под действием силы Лоренца:

, (1)

где е — заряд электрона; Вy-индукция магнитного поля, направленного вдоль оси у; vx= -nEx— скорость электрона в направлении тока;n— подвижность электронов. Эта сила направлена перпендикулярно как направлению магнитного поля, так и направлению тока (вдоль оси Z, рис. 1). Поэтому электроны смещаются перпендикулярно направлению их первоначального движения. При условиях, показанных на рис. 1, на зажиме А должен быть отрицательный потенциал относительно зажима Б, так как верхняя поверхность полупроводника, к которой отклоняются электроны, будет заряжаться отрицательно, а противоположная поверхность — положительно. Заряды создают в пластине поперечное электрическое поле, названное по имени ученого полем Холла. Процесс образования объемных зарядов у поверхностей прекратится лишь тогда, когда напряженность поля Холла будет полностью компенсировать действие на электроны силы Лоренца. Условие равенства сил, действующих на электрон со сторо­ны электрических и магнитных полей, может быть записано в виде

, (2)

откуда может быть определено поле Холла

(3)

или э. д. с. Холла

, (4)

где d— толщина пластины (рис. 1, б). Возникновение э. д. с. Холла называется эффектом Холла.

Протекающий через образец с шириной b и сечением S ток плот­ностью jx, обусловленный действием электрического поля, связан с концентрацией и скоростью электронов соотношением:

.(5)

Решая совместно уравнения (4) и (5), получим

, (6)

где Rx=-1/en- коэффициент Холла, связывающий поперечную раз­ность потенциалов с индукцией магнитного поля. Величина его зави­сит от материала пластины, содержания примесей и температуры.

Из выражения (6) следует, что величина э. д. с. Холла зависит от физических свойств материала пластины, от ее размеров, а также, от величины протекающего через нее тока и от воздействующего на этот ток магнитного поля.

Если пластина имеет электропроводность p-типа, то основная часть тока создается дырками, движущимися слева направо, тогда в левой части уравнения (2) следует поставить знак плюс. Траектории ды­рок в этом случае будут смещаться вверх, верхняя поверхность будет накапливать положительный заряд и э. д. с. Холла будет положитель­ной.

Вывод выражения для э. д с. Холла сделан без учета хаотического теплового движения электронов и их распределения по скоростям. Более строгий расчет дает формулу для коэффициента Холла в полу­проводнике с электропроводностью n-типа:

и в полупроводнике с электропроводностью р-типа

.

Для полупроводников, имеющих собственную электропроводность или содержащих носители заряда обоих типов в сравнимых концентра­циях, коэффициент Холла описывается выражением

(9)

Если концентрации электронов и дырок в образце равны и равны их подвижности, то э. д. с. Холла будет равна нулю, так как направле­ние движения дырок противоположно направлению движения электро­нов и электроны и дырки будут смещаться магнитным полем в одну и ту же сторону. В действительности в полупроводниках подвижность электронов больше подвижности дырок, поэтому в собственном полу­проводнике э.д. с. Холла соответствует по знаку электронному образ­цу .Припереходе от собственной электропроводности к дырочной э. д. с. Холла проходит через нуль и изменяет знак.

1.2. Параметры и характеристики датчиков Холла.

Датчик Холла представляет собой магнитоэлектрический полупро­водниковый прибор, основанный на использовании эффекта Холла, На рис. 2 показаны схемы включения датчика Холла.

Напряжение, подаваемое на управляющие электроды U1, называ­ется входным напряжением датчика Холла, а сопротивлениеR1 междуэтими электродами называется входным сопротивлением.

Величина этого сопротивления приотсутствии магнитного поля определяется по формуле

, (10)

где р — удельное сопротивление полупроводника.

С ростом напряженности магнитного поля входное сопротивление

увеличивается.

Напряжение между двумя другими (холловскими) контактами на­зывается выходным и обозначается U2 (рис. 2). Сопротивление меж­ду холловскими контактами называется выходным и обозначаетсяR2. Величина его при отсутствии магнитного поля определяется выра­жением

. (11)

Здесь не учтена неравномерность распределения тока по сечению датчика. Выходное сопротивление, так же как и входное, с увеличением магнитного поля растет.

На рис. 3 приведено семейство вольт-амперных характеристик датчика для одного и того же значения входного тока и для несколь­ких значений индукции магнитного поля. С возрастанием поля кру­тизна возрастает вследствие того, что возрастает внутреннее сопро­тивление датчика R2.

Одной из важных характеристик датчика, позволяющей оценить его эффективность, является коэффициент передачи К. Он определя­ется как отношение выходного напряжения к входному при заданном значении управляющего магнитного поля:

. (12)

Учитывая выражения (8), (6) и что I1=U1/R1, можно найтикоэффициент передачи:

. (13)

Коэффициент передачи с увеличением индукции магнитного поля возрастает.

Обычно датчик э. д. с. Холла работает на внешнюю нагрузку. Схе­ма включения показана на рис.2 (нижний рисунок). Подводимая к датчику мощность от внешнего источника тока равна

(14)

Ток, протекающий в выходной цепи датчика Холла,

; (15)

где RНсопротивление нагрузки. Мощность, отдаваемая в нагрузку,

. (16)

При согласовании выходного сопротивления и нагрузки достигается максимальная мощность, отдаваемая в нагрузку,

. (17)

Учитывая (6), получим

(18)

Максимальная отдаваемая мощность ограничивается предельно до­пустимой мощностью рассеяния на датчике. Коэффициент полезного действия датчика Холла определяется как отношение мощности, от­даваемой в нагрузку РНк мощности на его входе:

.

При согласованной нагрузке, учитывая (12) и (16), к. п. д. датчика

(19)

К. п. д. датчика Холла обычно не превышает 20%. Величина его не зависит от входного тока.

Для увеличения э. д: с. Холла и выходной мощности необходима увеличивать входную мощность.

Важной характеристикой датчика Холла является чувствитель­ность . Определяется она как э. д. с., возникающая на холловских контактах при единичном управляющем токе и единичном значении магнитной индукции:

(20)

Выражение (6) с учетом (18) примет вид

(21)

Важным параметром датчика Холла является отношение, харак­теризующее э. д. с. Холла, приходящееся на единицу магнитной индукции. Этот параметр называется магнитной чувствительностью:

(22)

1.3. Изготовление и применение датчиков Холла.

Для изготовления датчиков Холла необходимо добиваться следую­щих основных показателей:

а) высокого значения Rx, когда необходимо получить высокое зна­чение э. д. с. Холла в режиме холостого хода;

б) высокой проводимости при заданном значении коэффициента Хол­ла, когда датчик работает на внешнюю нагрузку, потребляющую ток, и часть э. д. с. Холла падает на внутреннем сопротивлении датчика между электродами Холла, обусловливая вредные потери;

в) низкого температурного коэффициента, коэффициента Холла и проводимости.

Материал, из которого изготовляют датчик Холла, должен иметь максимальную подвижность носителей заряда с минимальными темпе­ратурными зависимостями подвижности и концентраций носителей заряда.

Из формулы (6) видно, что для получения наибольшего зна­чения э. д. с. Холла необходимо выбирать материал с небольшой элек­тропроводностью.

Для этой цепи используют пленки селенида и теллурида ртути, антимонида индия и твердые растворы этих соединений. Они обладают высокой подвижностью носителей заряда даже в тонких монокрис­таллических пленках. Тонкопленочные датчики, полученные методом испарения из этих материалов, обладают слабой зависимостью коэффициента Холла и сопротивления от температуры и от напряженности магнитного поля, что определило их широкое применение, несмотря на сравнительно низкую э. д. с. Холла.

Для изготовления датчиков Холла применяют также монокристал­лический германий и кремний, легированные мышьяком, фосфороми сурьмой. Датчики, изготовленные из этих материалов, имеют вы­сокий коэффициент Холла и низкийтемпературный коэффициент (осо­бенно кремниевые). Максимальная величина э. д. с. Холла достигает 1В.

Применяется для изготовления датчиков Холла антимонид индия, арсенид индия, а также сплав антимонида индия и ангимонида галлия. Датчики, изготовленные из этих материалов, имеют сильную зависи­мость сопротивления и коэффициента Холла от температуры и магнит­ного поля. Это ограничивает их применение.

Из формулы (6) видно, что э. д. с. Холла будет тем выше, чем тоньше образец полупроводника. Поэтому датчики э. д. с. Холла из­готовляют в виде пластинок или тонких пленок, тем более, что с их помощью производится измерение магнитных полей в малых зазорах.

Для получения высокого коэффициента передачи геометрические размеры необходимо выбирать в соотношении l/b= 23.

Полупроводниковый слиток разрезается на пластины, которые посредством шлифовки доводятся до требуемой толщины. Далее пластины разрезают на прямоугольники нужных размеров, которые снабжают четырьмя омическими контактами. Два из них предназна­чены для подведения к датчику напряжения от внешнего источника. Они выполняются по всей ширине пластины, чтобы получить равно­мерное распределение входного тока по сечению пластины на всей еедлине. Два других электрода предназначены для регистрации э. д. с. Холла.

Эти контакты должны быть расположены строго в одном сечении, в противном случае между ними будет возникать разность потенци­алов и при отсутствии магнитного поля за счет протекания тока.

Учитывая, что выходной ток очень мал, иногда выходные электроды выполняют точечными. Из теллурида и селенида ртути датчики Холла могут быть изготовлены также прессованием порошков при температу­ре около 500 К.

Пленочные датчики изготавливают посредством нанесения тонких пленок на подложку методом вакуумного испарения исходного мате­риала.

Материалом подложки могут служить слюда, керамика или другие изоляционные материалы. Материал подложки должен обеспечить хо­рошую адгезию напыляемого материала и иметь с ним близкий темпе­ратурный коэффициент линейного расширения.

Контакты пленочных датчиков наносят испарением в вакууме.

Для стабилизации параметров готовую пленку в течение несколь­ких часов подвергают термостарению при температуре 100° С. Пленочные датчики тоньше пластиночных. Их толщина определяется в основном подложкой. Преимуществом их является высокое сопротивление, что удобно при согласовании с нагрузкой.

Получили развитие два новых прогрессивных метода изготовления датчиков Холла. Это метод диффузии, примеси я метод эпитаксиального выращивания. Оба эти метода широко применяют при изготовле­нии диодов и транзисторов.

Посредством диффузии примеси на материале p-типа образуется pn-переход. На диффузионном n-слое размещаются электроды, а p- n-переход служит изолирующимслоем (рис. 4).

При эпитаксиальном выращи­вании подложкой может быть как монокристаллическая пластина то­го же материала, так и изоляцион­ные материалы.

Датчики Холла, полученные этими методами, имеют преиму­щества монокристаллических дат­чиков (высокий коэффициент Хол­ла и хорошую стабильность) ипреимущества пленочных (высо­кую чувствительность). Толщина рабочего слоя у них не более, чем у пленочных.

Для защиты от механических и климатических воздействий изготовленный датчик покрывают синтетической смолой и приклеивают к изоляционной подложке или помещают в бронзовый корпус. Послед­ний способствует отводу от датчика тепла.

На рис. 5 приведено несколько конструктивных исполнений дат­чика Холла. На рис. 5, а показан датчик, выпускаемый без кор­пуса и подлежащий заливке компаундом после установки в воздушный зазор магнитопровода. На рис. 5, в приведен датчик с оболочкой из эпоксидной смолы. На рис. 5, б показан датчик, заключенный в ферритовую оболочку с симметричной магнитной системой.

Ферритовое основание 1 и крышка 4 имеют одинаковые размеры. Полупроводниковая пластина 6 наклеена прямо на ферритовое осно­вание. Ферритовый стержень 3 концентрирует магнитный поток на по­верхность датчика. Стенки 5 и 2 выполнены из немагнитного материала и обеспечивают необходимый зазор между ферритовым стержнем и по­лупроводниковой пластиной (обычно 2—3 мкм).

На основе эффекта Холла можно создать ряд устройств и прибо­ров, обладающих ценными и даже уникальными свойствами и занимаю­щих важное место в измерительной технике, автоматике, радиотехни­ке и т. д.

Так как э. д. с. Холла пропорциональна току I и индукции магнит­ного поля, то при постоянной величине тока величина э. д. с. будет про­порциональна только индукции магнитного поля. Это позволяет ис­пользовать датчики Холла для измерения индукции магнитных полей.

Одним из приборов, в которых используется это свойство, являет­ся магнитометр, измеряющий как малые, так и большие поля (10 — 10б А/м).

Кроме того, датчики э. д. с. Холла применяют для измерения токов и мощностей. Если поддерживать постоянной напряженность магнит­ного поля, то э. д. с. Холла будет изменяться пропорционально величине тока, протекающего через датчик. Если датчик Холла поместить в магнитное поле, пропорциональное протекающему через нагрузку то­ку, и на вход его подать напряжение, пропорциональное напряжению на нагрузке, то э. д. с. Холла будет пропорциональна мощности, выде­ляемой в нагрузке.

Датчики Холла могут применяться для измерения силы, давлений, углов, перемещений и других неэлектрических величин.

Если, например, датчик Холла перемещать в неоднородном магнит­ном поле, поддерживая входной ток постоянным, то э. д. с. Холла бу­дет изменяться пропорционально напряженности магнитного поля, а следовательно, и местоположению датчика.

В полупроводниковом производстве эффект Холла используется для измерения подвижности и концентрации носителей полупроводнико­вого материала. Для этой цели на специальном подготовленном об­разце измеряют э. д. с. Холла и по его величине судят о подвижности и концентрации носителей заряда материала, используемого для из­готовления полупроводниковых приборов.

1.4. Точностные характеристики датчиков Холла.

Характеристики серийно выпускаемых преобразователей Холла приведены в табл. 1 и 2. Лучшими метрологическими характеристиками обладают преобра­ зователи Холла типа ПХЭ на основе гетероэпитаксиальных структур антимонида индия, которые в зависимости от метрологических характеристик разделяются на классы А, Б и В. Некоторые разновидности этих преобразователей характеризуютсяочень малым температурным коэффициентом чувствительности (5÷10)·10-5 К-1, малым остаточным напряжением (10—70 мкВ), малой погрешностью линейности при магнитных индукциях до 15 Тл и широким диапазоном рабочих температур (от —271,5 до +100°С). Для работы при повышенных температурах (до127-327°С) наиболее пригодны преобразователи Холла из арсенида галлия, которые имеют от­носительно малые температурные коэффициенты постоянной Холла и удельные сопротивления.

Остаточным напряжением преобразователя Холла называется напряжение, которое возникает между Холловыми электродами при прохождении через преобра­зователь тока в отсутствии магнитного поля. Причиной остаточного напряжения в первую очередь является расположение Холловых электродов в неэквипотенциальных точках пластины.

При наличии температурного градиента между Холловыми контактами, каждый из которых является соединением медного вывода с полупроводниковым материалом, в цепи возникает термо-ЭДС. При разности температур между контактами 0,1 °С возникает термо-ЭДС ет= 10÷100 мкВ. Для уменьшения градиента температур преобразователь следует укреплять на подложке из материала с хорошей теп­лопроводностью. Суммарное остаточное напряжение может составлять от единиц микровольт до десятков милливольт. У серийно выпускаемых преобразователей значения Uост/I лежат в пределах 10-6—0,4 Ом.

Коррекцию остаточного напряжения также можно осуществить при совместном использовании преобразователя Холла и операцион­ного усилителя с дифференциаль­ным входом. Особенно пригодны для этой цели операцион­ные усилители типа К551УД1, ко­торые имеют малый температурный дрейф (менее 1 мкВ/К) и независи­мую цепь коррекции выходного сме­щения, при помощи которой осу­ществляется компенсация остаточ­ного напряжения.

Тип преобразо-вателя

Номи-нальный ток, мА

Чувствитель-ность при номинальном токе, В/Тл

Входное сопротивле-ние, Ом

Темпера-турный коэффи-циент сопро-тивления, К-1

Температурный коэффициент чувствительно-сти, К-1

Диапазон рабочих температур, °С

Размеры преобра-зователя, мм

Материал

Х111

Х210

10

100

0,45-0,2

0,06-0,12

30-180

0,5-5

0.005

0.002

0.003-0.005

0.0015

-40…+80

-60…+80

1.5×0.8×0.2

0.85×0.55×0.2

Германий

Х211

Х213

Х221

Х222

Х224

100

160

120

180

210

0,06-0,15

0,09-0,32

0,07-0,18

0,1-0,32

0,12-0,48

0,5-5

0.5-5

0.5-5

0.5-5

0.5-9

0.002

0.002

0.002

0.002

0.002

0.0015

0.0015

0.0015

0.0015

0.0015

-60…+90

-60…+100

+40…+80

-60…+100

-60…+120

1.5×0.8×0.2

5×3×0.2

1.5×1×0.2

4×2×0.2

8×4×0.2

Арсенид

индия

(InAs)

Х510

Х511

90

100

0,036-0,2

0,04-0,32

1-6

1-6

0.0004

0.0004

0.0009

0.0009

-100…+60

-100…+80

0.85×0.56×0.2

1.5×1×0.15

Арсенид-фосфид

индия

(InAsP)

ДХГ-2

ДХГ-2С

ДХГ-2М

ДХГ-0,5

ДХГ-0,5М

13-15

20-23

6-8

25-30

10-12

0,45

0,8

0,2

0,25

0,12

220-320

220-360

200-350

40-90

40-120

0.004

0.004

0.004

0.006

0.006

0.002

0.002

0.002

0.0002

0.0002

-60…+70

-60…+70

-60…+70

-60…+90

0…-70

6×3×0.15

12×6×0.16

2.6×1.6×0.15

1.8×0.6×0.16

6×3×0.15

Германий

ДХК-7

ДХК-14

13-15

6-9

0,5

0,6

500-1000

500-1000

0.013

0.013

0.0008

0.0008

-156…+200

-156…+200

6×3×0.15

6×3×0.2

Кремний

Таблица 1

Таблица 2

Тип преоб-разователя

Чувствительность при токе 100 мА, В/Тл

Остаточное напряжение, мкВ

Температурный коэффициент чувствительности, К-1

Погрешность линейности при В=0÷2 Тл, %

Темпера-турный коэффици-ент оста-точного напряже-ния, мкВ/К

Размеры преобразо-вателя, мм

Размеры чувстви-тельной

зоны, мм

Вход-ное и выход-ное со-против-ления, Ом

Класс преобразователя

А

Б

В

А

Б

В

А

Б

В

А

Б

В

ПХЭ 602 117

0,5

0,3

0,2

110

50

20

±0,002

±0,001

±0,0005

5

5×3×0,8

2×0,5

10

ПХЭ 602 817 ПХЭ 605 817 ПХЭ 606 817

0,1

0,08

0,06

30

30

50

20

20

30

10

10

20

±0,0003

±0,0002

±0,0001

±2

±1,5

±1,0

±1,0

±0,5

2

5×3×0,8

3×2×0,8

2×1,5×0,8

2×0,5

1×0,25

0,5×0,15

3

ПХЭ 602 118 ПХЭ 605 118

0,075

0,05

0,03

30

20

10

±0,0002

±0,0001

±0,00005

±1

±0,5

±0,3

1

5×3×0,8

3×2×0,8

2×0,5

2×0,25

2

ПХЭ 603 118

ПХЭ 606 118

100

50

75

30

50

20

±2

±1,0

±0,5

±0,05

2

2×3×0,8

2×1,5×0,8

0,2×0,05

0,5×1,15

studfiles.net

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о