霍尔效应和簧片开关传感器应用的指南

在上一篇文章，讨论了将重点放在整个系统设计而不是磁路的某个特定部件上的重要性。在那些需要定制传感器的系统中，设计师必须量化整个系统的环境、机械、电气和磁性参数，以便选择满足这些操作条件的传感器。

也在第一篇文章中提到过,清晰和设计师之间的直接沟通,OEM制造商,和客户需要维护在整个设计过程中,这样的操作要求任何传感器和系统作为一个整体可以明确定义和理解所涉及的各方。如果没有这种持续的通信，一个能在需要时正常工作的健壮电路几乎没有机会被设计出来。相反，设计团队在整个过程中进行良好的沟通，可以开发出满足或超过所有已知设计参数的可靠电路。

本文将进一步检查如何为模拟和数字应用选择磁感测技术。它还将定义和描述簧片和霍尔效应传感器的好处，同时提供了利用这些传感器的微处理器控制应用的示例。

数字传感器:在离散应用中提供高可靠性

许多应用程序利用数字输出来确定一个物体是否处于某个位置。例如，传感器可以用来验证机器上的安全防护装置是否到位。如果守卫就位，机器就会运转。如果不是，机器就不会运转。在这种离散应用中，需要数字输出。以下数字传感器为定制磁传感应用提供了卓越的可靠性:

簧片交换机：福利和应用

簧片开关是一种电气开关，其不需要像集成电路一样运行的电源。触点在具有贵金属接触材料的玻璃管内气密密封。结果，开关是高度可靠的，因为它不受水分或其他环境因素的影响。因此，触点不会氧化，并将继续使用逻辑电平载荷的数百万个循环。

簧片开关对于电池供电的应用非常流行。它们用于汽车安全产品，如安全带扣夹紧/闭合检测传感器和碰撞传感器，用于碰撞检测。由于簧片传感器可以切换交流或直流负载，因此它们是数字开/关应用的流行选择，例如安全和家用电器市场的门闭合检测。

例如，冰箱门使用用于门闭合检测的簧片开关。磁铁安装在门上，簧片传感器附接到隐藏在冰箱的外壁后面的固定框架。当门打开时，簧片传感器不能感测磁场，导致LED灯泡接通。当门关闭时，传感器检测到正确的磁场，并且LED关闭。在本申请中，设备内的微控制器从簧片传感器获得信号，然后控制单元激活或停用LED。

图1：簧片传感器用于冰箱门，打开和关闭LED灯

数字霍尔效应传感器：福利和应用

数字霍尔效应传感器是基于半导体的，其输出电压相对于磁场的变化而变化。这些传感器将霍尔效应感测元件与电路组合以提供对应于磁场的变化而不使用任何移动部件的数字开/关输出信号。霍尔效应单元仅限于具有低直流电压和电流的应用。与簧片开关不同，霍尔效应装置包含有源电路，因此它始终绘制少量电流。

数字霍尔效应传感器提供高可靠性，可以编程为在给定的磁场公差上激活，以便精确感测要求。

这些传感器非常流行的白色佳肴中的高速传感应用，如洗衣机和干衣机。在本申请中，旋转16极环磁体随着每个通过红色（北极）段激活霍尔效应芯片，并通过每个通过的白色（南极）段停用它，从而导致非常精确的速度信号。数字霍尔效应传感器在汽车安全应用中特别有用，如安全带扣夹紧检测和传动齿轮速度传感。

图2：霍尔效应速度感应应用的图表

模拟/比率传感器，用于增加稳定性和精度

模拟传感应用允许终端用户获得磁铁位置的瞬时反馈。该模拟霍尔效应传感器具有高精度、高分辨率的比率输出信号。

以前，模拟霍尔效应传感器测量了磁体的磁通密度，并受应用的温度值影响。由于模拟霍尔效应技术近年来，霍尔效应芯片现在衡量了磁通场的角度而不是传统幅度，使得对温度变化的敏感程度要不太敏感。这种改进允许传感器在大温度范围内提供更稳定的模拟输出

考虑两种可用于定制模拟传感应用的霍尔效应传感器:

旋转霍尔效应传感器:优点和应用

该基于半导体的传感器相对于磁场的变化变化了输出电压。它将霍尔效应感测元件与电路组合以提供与旋转磁场的变化相对应的模拟输出信号，而不涉及任何移动部件。该传感器提供两个输出选项：模拟或脉冲宽度调制（PWM）。该设备是可编程的，使得工程师可以将特定输出电压或PWM与精确的旋转程度相关联。多个编程点高达360度的旋转。每个编程点表示与磁场的给定角度对应的电压或PWM输出值。这导致相对于旋转程度的比率输出信号。

与机械旋转或电阻膜旋转装置不同，旋转霍尔效应传感器不经历机械磨损或不断变化的电阻值。此外，在正常工作温度上非常稳定，高达+ 105°C。单位从0-360度的旋转旋转，0.5 V-4.5 VDC输出或PWM的10-90％占空比。

旋转霍尔效应传感器正在变得非常受欢迎，用于更换电阻膜或电位计机械装置。它们用于汽车和非公路应用，例如检测发动机上的EGR阀位置。这些传感器还可用于检测设备和白色产品应用中的拨号位置。

图3：在洗衣机控制表盘中使用的旋转霍尔效应传感器

线性霍尔效应传感器:优点和应用

线性霍尔效应传感器类似于旋转霍尔效应传感器，除了它们测量磁场的线性运动而不是旋转。霍尔效应传感器可用于设定输出电压，该输出电压对于给定的行驶距离比率。输出选项与旋转霍尔效应相同。传感器测量磁致电致动器的线性运动和相对磁通角，高达30毫米的行程距离与单个霍尔效应芯片。这导致相对于传感器的精确运动的比例输出信号。

传感器和致动器可以放置在应用内的最终安装区域中，现在在编程输出电压或PWM值之前包括来自附近周围环境的所有磁影影响，以对应于致动磁体的相对磁场值。这允许工程师优化应用程序的输出，因为磁场的任何分流，机械公差或堆叠公差都将包括在编程环境中。

线性霍尔效应传感器通常用作测量液位的水平传感器。在本申请中，传感器检测移动浮子的位置，该浮子具有连接到其的磁铁。线性传感器在更复杂的设计中也是有益的，例如汽车传动齿轮移位。

结论

这篇文章和它的同伴部分解释了一个方法，以发展一个最佳磁路，需要定制传感器。在开始设计过程之前，与客户和OEM制造商一起明确定义整个系统设计的参数总是谨慎的。

在需要自定义传感器的电路中，例如复杂的微处理器控制应用，簧片开关和霍尔效应传感器提供了高度可重复可靠的非接触技术。数字输出可用于簧片开关和霍尔效应传感器，这项技术广泛用于白色商品和汽车市场。类似地，这两种类型的传感器都可以设计用于定制模拟应用，其中需要高水平的精度和稳定性。

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