Датчики магнитного поля

Датчики магнитного поля обеспечивают на выходе электрическое напряжение (разность потенциалов), пропорциональное величине магнитной индукции.

Датчик Холла

Датчик Холла — это датчик магнитного поля. Он был так назван из-за принципа своей работы — эффекта Холла: если в магнитное поле поместить пластину с протекающим через неё током, то электроны в пластине будут отклоняться в направлении, перпендикулярном направлению тока. Различная плотность электронов на сторонах пластины создаёт разность потенциалов, которую можно усилить и измерить, что датчики Холла и делают.

Датчики Холла бывают аналоговыми и цифровыми.

Аналоговый преобразует индукцию магнитного поля в напряжение, знак и величина которого будут зависеть от полярности и силы поля. Цифровой же выдаёт лишь факт наличия/отсутствия поля, и обычно имеет два порога: включения — когда значение индукции выше порога, датчик выдает логическую единицу; и выключения — когда значение ниже порога, датчик выдаёт логический ноль. Наличие зоны нечувствительности между порогами называется гистерезисом и служит для исключения ложного срабатывания датчика на всяческие помехи — аналогично работает цифровая электроника с логическими уровнями напряжения.

Цифровые ДХ делятся ещё на униполярные и биполярные: первые включаются магнитным полем определённой полярности и выключаются при снижении индукции поля; биполярные же включаются полем одной полярности, а выключаются полем противоположной полярности.

Датчики Холла стали частью многих приборов. В основном, конечно же, они используются по прямому назначению и измеряют напряжённость магнитного поля. Применяются в электродвигателях и даже в таких инновациях, как ионные двигатели ракет. Чаще всего с датчиком Холла приходится сталкиваться при использовании системы зажигания автомобиля.

Преимущество:

- «невлияние» и обеспечение электрической изоляции между цепью протекания тока и измерительной цепью. Эти устройства рассматриваются как не оказывающие влияния потому, что в цепь протекания тока не вставляется какого-либо существенного сопротивления, и, таким образом, схема при проведении измерений ведет себя так же, как если бы датчика не было вовсе.

- датчиком рассеивается минимальная мощность

Недостатки:

- ограниченный диапазон частот

- высокая стоимость.

 

 

Магниторезисторы

Магниторезистором называется полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого зависит от напряженности магнитного поля.

Принцип действия магниторезисторов основан на магниторезистивном эффекте, или эффекте Гаусса. Суть этого эффекта заключается в том, что при внесении проводника или полупроводника, по которому течет электрический ток, в магнитное поле меняется его сопротивление. Поскольку холловская напря­женность электрического поля, возникающая в полупроводнике с током при наличии магнитного поля, снижает магниторезистивный эффект, то конструкция магниторезистора должна быть та­кой, чтобы уменьшить или полностью устранить ЭДС Холла.

Основными полупроводниковыми материалами для магниторезис­торов служат антимонид индия InSb и арсенид индия InAs – материалы с большой подвижностью носителей заряда.

Магниторезистивные датчики отличаются высокой чувствительностью и позволяют измерять самые малые изменения магнитного поля. Они применяются в магнитометрии для решения различных задач: определения угла поворота, положения объекта относительно магнитного поля земли, измерения частоты вращения зубчатых колес и др.

К числу преимуществ магниторезистивных датчиков можно отнести:

•      отсутствие зависимости от расстояния между магнитом и датчиком;

•      широкий диапазон рабочих температур (от –55 до 150°С);

•      датчики зависят только от направления поля, а не его интенсивности;

•      долгий срок службы, независимость от магнитного дрейфа.

Недостаток:

его малое сопротивление, для увеличения которого применяют последовательное соединение нескольких магниторезисторов или нанесение на поверхность пластины полупроводника металлических полос

Магниторезистивные датчики применяются для:

•      контроля перемещений объектов в робототехнике

•      измерения слабых полей (системы навигации, компенсация поля Земли, электронные и цифровые компасы и т.д.)

•      измерения частоты вращения (КПП, АБС, системы управления двигателем)

•      измерения угловой координаты (например, для регулировки сидения, в посудомоечных машинах, в системах рулевого управления, для регулировки фаз и т.д.)

•      построения бесконтактных датчиков тока с гальванической развязкой.

Лабораторно-практическое занятие № 6

1. Используя электронную версию методички «………….» и видеоматериала, размещенног о на стене группы,выполните лабораторную работу №6 «Экспериментальное определение характеристик датчика освещенности».

2. Практическую работу выполнить не позднее 13.00 21.05.2020 в виде фото рукописного или электронного (ворд) (описания устройства, принципа работы и особенностей, а так же примеров практического применения) в лс.

Датчики освещенности

Люксметр

- это прибор для измерения уровня освещенности.

Освещённость – эта величина отношения светового потока к площади, на которую он падает.

Освещение бывает естественным и искусственным. Источниками естественного освещения являются, разумеется, солнце, луна. Источниками искусственного освещения являются, разного рода, формы и конструкции, лампы и светильники, свет дисплеев компьютеров и мобильных устройств, экраны телевизоров и т. д

Принцип действия основан на явлении фотоэлектрического эффекта.

При воздействии света на полупроводниковый фотоэлемент происходит передача от него на электроны энергии. В результате этого осуществляется высвобождение электронов в полупроводниковом объеме, а затем через фотоэлемент наблюдается прохождение тока. Показатель силы тока пропорционален освещенности фотоэлемента. Освещенность измеряется в люксах.

Первичный преобразователь излучения – полупроводниковый кремниевый фотодиод с системой светофильтров, формирующих спектральную чувствительность, соответствующую "кривой видности".

Расчет нормы освещенности регламентируется правовыми актами. Самый главный документ — СНиП. Существуют таблицы с указанием оптимального количества Лк для объектов всех типов.

Зачем проводить измерение освещённости? Доказано, что плохой (или наоборот, слишком хороший) свет через сетчатку глаза воздействуют на рабочие процессы мозга. И как следствие, на состояние человек. Недостаточная освещённость угнетает, понижается работоспособность, появляется сонливость. Слишком яркий свет, наоборот, возбуждает, способствует подключению дополнительных ресурсов организма, вызывая их повышенный износ.

Измерение освещённости рабочих мест проводят вместе с замерами уровня шума, пыле- и загрязнённости, вибрации - в соответствии с СанПин (санитарные правила и нормы). Медики уверены, что регулярное недостаточное освещение вызывает переутомление, снижение остроты зрения, снижает концентрацию внимания. То есть, есть все предпосылки для несчастного случая.

Использование фотодиодов: датчики положения, устройства гальванической развязки электрических сигналов (оптроны),волоконно-оптические линии связи, солнечные батареи, чувствительные элементы цифровых фотоаппаратов и видеокамер