Yleensä ohjaussauvan käytössä on kaksi tapaa saavuttaa analoginen lähtösignaali: Hall-anturin muoto ja potentiometrityyppi.
1, Tämän artikkelin tarkoituksena on selventää Hall-anturin perustoteutusperiaatetta, 2D Hallin ja 3D Hallin eroja, etuja ja haittoja.
Hall-efektin määritelmä:
Fyysikko Hall löysi Hall-ilmiön vuonna 1879. Se määrittelee magneettikentän ja indusoidun jännitteen välisen suhteen. Tämä vaikutus on täysin erilainen kuin perinteinen sähkömagneettinen induktio.
——Kuva Internetistä
Kuten yllä näkyy, kun sähkövirta kulkee magneettikentässä olevan johtimen (varjostetun pinnan) läpi, magneettikenttä kohdistaa sähkön johtimessa oleviin elektroneihin kohtisuorassa elektronien liikkeen suuntaan, mikä johtaa potentiaalieroon. molempiin suuntiin kohtisuorassa johtimeen ja magneettiseen induktanssilinjaan nähden.
Kun puolijohteeseen kohdistetaan virran suuntaa vastaan kohtisuora magneettikenttä, Lorentzin voima vetää puolijohteessa elektroneja ja reikiä eri suuntiin ja aggregoituu eri suuntiin. Kerättyjen elektronien ja reikien väliin syntyy sähkökenttä. Kun sähkökenttävoima ja Lorentzin voima ovat tasapainossa, ne eivät enää aggregoidu. Tässä tapauksessa sähkökenttä altistaa seuraavat elektronit ja reiät sähkökenttävoimalle ja tasapainottaa magneettikentän synnyttämän Lorentz-voiman, jotta seuraavat elektronit ja reiät voivat kulkea läpi sujuvasti ilman poikkeamaa, mikä on Hall-ilmiö. . Kahden puolen välistä jännite-eroa kutsutaan Hall-jännitteeksi.
Kaaviokuva
Elektroni luo potentiaalieron magneettikenttään, mikä johtaa Lorentz-voimaan
Lorentzin voima F=qE plus qvB/c
Siis Hall-kenttä
UH=RH·I= -B·I /(q·n·c)
Hall-efektin käyttö:
Vaikka Hall-ilmiö havaittiin aiemmin, sitä rajoitti vakiomagneettien ja elektronisten komponenttien kehitys. Hall-anturit ilmestyivät ensimmäisen kerran 1970-luvulla.
Hallin perusanturi on suunniteltu erittäin luotettavaksi Hall-sirun integroiduksi piiriksi pakkaamalla pii-yksikidemateriaalista oleva piirisiru ilmatiiviiseen pakkausrakenteeseen.
Kuitenkin piirisuunnitteluongelmien vuoksi ensimmäistä kertaa käytetty Hall-siru tuottaa suuria jännitemuutoksia lämpötilan siirtymän vuoksi, jota ei voida soveltaa varsinaisessa teollisuusympäristössä.
Myöhemmin, noin 1990-luvulle asti, jotkut yritykset, kuten MLX, käyttivät lämpötilan kompensointipiirejä kompensoimaan lämpötilaan liittyvien parametrien vaikutusta magneettikentän laskentakaavassa, jotta magneettikenttä ei muutu lämpötilan mukana. Lisäksi Hall-siru on toteuttanut ohjelmoitavan toiminnan, jonka ei tarvitse sovittaa Hall-sirun asettamaa analogista lähtöä käyttövaatimuksiin ja laajentaa suuresti Hall-sirun käyttöskenaariota ja laajuutta.
Hall-sirua alettiin käyttää laajalti teollisuus- ja ajoneuvoympäristössä, sillä sitä käytettiin arvioimaan siirtymä- ja pyörimiskulman parametreja ja muuntaa ne analogiseksi lähdöksi.
MLX Companyn jälkeen monet IC-valmistajat kotimaassa ja ulkomailla liittyivät Hall-sirun kehittämiseen. Nykyään käytetty perinteinen Hall-siru on yleensä tehty useista Hall-siruista, jotka on asetettu päällekkäin redundanssiarviointia varten, mikä parantaa huomattavasti analogisen lähdön resoluutiota ja tarkkuutta.
Hallin käyttö kahvassa:
Varhaiset teolliset kahvat saavuttivat analogisen tehon kädensijan pyörivän rakenteen kautta, mikä työnsi luodin ohjaamaan hydrauliventtiiliä. Älykkäässä ohjauksessa ja logiikkasuunnittelussa tulee olemaan puutteita ja hydraulilaitteessa on väistämättä öljyvuotoilmiö, jota ei voida käyttää korkean saastetason tai puhdasta ympäristöä vaativassa tilanteessa.
Luotimuodon hydraulinen käyttö
——Kuva Internetistä
Saksalainen valmistaja Danfoss käytti Hallia ensimmäisenä ohjaussauvissa. Sen päätuotteita ovat JS1, JS1000 ja niin edelleen.
Hall-siruvalmistajia käytetään yleisesti kahvassa, mukaan lukien MLX, TI, McGahn ja niin edelleen.
2D-tasohallin ja 3D-hallin välillä on eroja eri käyttötapojen mukaan.
Ero 2D Hallin ja 3D Hallin välillä:
Normaalisti Hallin käyttö kädensijassa on jaettu pyörivään ja siirtoon ja keinuun. Pyörivä tyyppi on 2D Hall ja siirto- ja keinutyyppi on 3D Hall.
* Huomaa magneettisen teräksen käyttö:
Hallin muodosta riippumatta on olemassa kaksi kriittistä ohjausvaatimusta Hallin työn vakauden saavuttamiseksi.
Ensimmäinen on magneettiteräksen ja Hall-keskiön välinen etäisyys, joka vaihtelee eri Hall-sirumallien mukaan. Se on yleensä noin 1-5 mm.
Toinen on magneettisen teräksen magnetointikoko, Hall-sirun mallin mukaan on erilainen, yleensä kymmenissä mT satoissa mT.
Jos jompikumpi kahdesta parametrista on alueen ulkopuolella tai poikkeama on suuri, se aiheuttaa Hall-sirun epävakauden, mikä johtaa lähtömutaatioon tai lähtöpoikkeamaan.
Lisäksi magneettiteräs ei yleensä aiheuta demagnetisoitumisesta johtuvaa lähtöpoikkeamaa pitkäaikaisessa käytössään, ja sen keskeinen parametri on magneettiteräksen koersitiivisuus. Koersitiivisuudella tarkoitetaan magneettisen induktion intensiteettiä B ei palaa nollaan, kun ulkoinen magneettikenttä palaa nollaan magneettisten materiaalien kyllästysmagnetoinnin jälkeen. Ainoastaan lisäämällä tietyn kokoinen magneettikenttä alkuperäisen magnetointikentän vastakkaiseen suuntaan, magneettisen induktion intensiteetti palautuu nollaan, jota kutsutaan koersitiiviseksi magneettikentäksi tai koersitiiviseksi voimaksi.
Yleisesti ottaen magneettisen teräksen koersitiivisuus vaatii Hcb:n, joka on suurempi tai yhtä suuri kuin 850KA/m; Sisäinen koersitiivi Hcj Suurempi tai yhtä suuri kuin 955KA/m. Pääasiallinen vaikuttava tekijä on magneettiteräksen materiaali. Yleensä ferriittimateriaalin koersitiivisuus on pieni, mikä johtaa magneettisen teräksen demagnetoitumiseen pitkään. Ja NdFeb-materiaalin koersitiivisuus on suurempi, yleensä ei-pitkäaikainen korkea lämpötila (yli 60-80 astetta) käyttöolosuhteissa, noin viiden tai kymmenen vuoden käyttö on enemmän kuin tarpeeksi.
Kahvassa käytetty magneettiteräs on yleensä N35 Ndfeb -magneettiterästä.
Muita magneettiteräksen ohjattuja elementtejä ovat remanenssi Br ja magneettisen energian maksimitulo BH(max).
1. Pyörivä tyyppi:
Rotary Hall on yleensä asetettu pyörimisakselin keskelle ja magnetoinnin suunta on radiaalinen. Kun kahvan akselia käännetään, syntyy Hall-jännite Hall-anturin läpi kulkevan magneettivuon muutoksen vuoksi.
Tämän käyttötavan edut ovat:
1. Hyvä jännitesymmetria;
2. Alhainen toteutusvaikeus;
3. Kaksiakselisen kahvan tapauksessa XY-akselin häiriö on pieni;
4. Yksiakselinen kahva vie vähemmän tilaa.
5. Matala magnetointivaikeus.
6. Kiertokulma voi olla suuri (alle 360 astetta)
Haitat ovat:
1. Kun kaksiakselinen kahva on toteutettu, sen on vietävä suhteellisen paljon tilaa;
2. On käytettävä pyörimiskeskuksessa.
Pyörimistyyppi
1. Siirtymäkaava:
Yleensä siirtymän käyttö on myös 3D Hallin käyttöä, kuten ensimmäinen lippu MT1531-siru. Yleensä magnetoinnin suunta on radiaalinen. Tällä tavalla magneettikentän teräksen magneettivuon tulisi olla 0mT keskipisteessä, joka on suurin molemmilla puolilla. Kun magneettiteräs magnetoidaan tällä tavalla, on tarpeen asettaa vaatimuksia magnetoinnin tasaisuudesta nauhamagneettisen teräksen tai kaarevan magneettiteräksen molemmille puolille. Jos magneettinen koko on erilainen, magneettivuon jakautuminen on epätasainen, mikä johtaa ulostulon lineaariseen poikkeamaan molemmilla puolilla, kun kahvaa ravistellaan.
Edut:
1. Rakenne on yksinkertainen ja siirtohallin hinta on alhainen;
2. Magneettisen teräksen rakennevaihe, jota on vaikea sijoittaa pyörimiskeskukseen, on parempi;
3. Joustava rakenne, voi tehdä enemmän erilaisia rakennelmia.
Haitat:
1. Magneettinen teräs tarvitsee magnetointisymmetriaa;
2. Yleensä siirtymäkaavan lineaarista symmetriaa on hyvin vaikea toteuttaa;
3. Pyörimiskulma ei saa olla liian suuri; (yleensä enintään 40 astetta)
——Kuva MLX90333-spesifikaatiosta
1. Keinutyyppi:
Oscillating Hall on biaksiaalisen hallin yleinen toteutus. Se toteuttaa yhden sirun kaksiakselisen tai jopa moniakselisen lähdön asettamalla useita Hall-siruja Hall-anturin päälle.
Yleensä teräksen magneettisen magnetoinnin suunta on aksiaalinen magnetointi, ja pyöreän magneettisen teräksen aksiaalinen magnetointi vähentää suuresti magnetoinnin vaikeutta.
——Kuva MLX90333-spesifikaatiosta
Hall-antureille, vaikka yksi 3D-siru on kalliimpi kuin 2D-siru, biaksiaalisen lähdön toteuttamisen kustannukset ovat suhteellisen alhaisemmat kuin kahden 2D-sirun käyttäminen.
Edut:
1. Magneettisella teräksellä on alhainen magnetointivaikeus. Matala kokoamisvaikeus;
2. Biaksiaalinen toteutuskustannukset ovat alhaiset;
3. Kahvan vaakasuora tila on vähemmän varattu;
Haitat:
1. Hall-paikan siirtymävaatimus on suhteellisen korkea, ja SMT:n siirtymävaatimus on yleensä enintään 1/2 hitsausjalasta; Muuten syntyy suuria biaksiaalisia häiriöitä (eli yhtä akselia työnnettäessä toisella akselilla on lähtövaihteluita, 3D Hall ei voi välttää biaksiaalista häiriötä, mutta yleensä lähtöpoikkeama-alueen sisällä katsotaan olevan hyväksytty)
2. Yksiakselisen tehon saavuttamisen kustannukset ovat korkeammat;
3. Kiertokulma on pienempi kuin siirtymätyyppi (yleensä enintään 30 astetta);
Shanghai Chen Gong Electric Controlin HJ8-kahva käyttää MLX90333:n 3D-salia.
Ii. Hallin lähtöpoikkeamaan vaikuttavat tekijät:
Yleisesti ottaen Hallin lähtöjännitteeseen vaikuttavat tekijät ovat pääasiassa seuraavista syistä. Yleisesti ottaen, koska siru menee huonosti harvoin, lähtöjännitteen poikkeaman syitä analysoidaan pääasiassa magneettivuon muutoksilla:
1. Magneettisen teräksen aiheuttamat muutokset magneettivuossa:
Magneettiteräs muuttaa magneettivuon ja siten lähtöjännitteen useista syistä, kuten:
A. Huono suojaus johtaa rautajauheen adsorptioon magneettiteräkselle, mikä johtaa magneettivuon muutokseen.
B. Magneettiteräksen virheellinen kiinnitys johtaa magneettisen teräksen löystymiseen;
C. Piilotettuja halkeamia syntyy, kun magneettinen teräs niitataan tai kiinnitetään, mikä voi johtaa halkeamiin ja magneettivuon muutoksiin korkean ja matalan lämpötilan jälkeen.
Tapoja välttää:
Nämä tekijät on analysoitava ja parannustoimenpiteitä on seurattava suunnittelun ja prosessin FEMA:ssa.
2. Ulkoisista syistä johtuvat magneettivuon muutokset:
Yleensä Hall-sirun läpi kulkeva magneettivuo muuttuu ulkoisen magneettikentän tai jännitteen aiheuttamien piirien vaihteluiden vuoksi, mikä vaikuttaa lähtöön.
Tapoja välttää:
EMC-testi suoritettiin ja suojasuojaa käytettiin lisäämään Hall-sirun suojausta.
3. Mekaanisen rakenteen aiheuttama lähdön poikkeama:
Pitkäaikaisen käytön jälkeen mekaanisen välyksen kasvu johtaa ulostulopoikkeaman kasvuun.
Tapoja välttää:
Optimoi rakennesuunnittelu.
4. Ulkoinen syöttöjännite säätelemätön virtalähde:
Yleisesti ottaen Hall-kahvan valmistajan nimellinen Hall-tulojännite on 5.0Vdc±0.5V, mutta käytännössä tämä jännite viittaa Hall-anturia ohjaavaan jänniteeseen. Jos kalibroinnin lähtöjännitteen arvo on 0,5 ~ 2,5 V ~ 4,5 V lähtö, tulo 5,5 V jännite, mediaanilähtöjännite on 2,75 V, mikä ylittää mediaanivaatimusten alueen. Siksi asiakkaita kehotetaan yleensä käyttämään säänneltyä virtalähdettä. Virtalähteen poikkeama on yleensä ±0.2V, kun olosuhteet ovat parhaalla alueella ±0.1V.