Rys. 1. Charakterystyka wyjściowa dwustanowych czujników Halla, w tym serii SS5
Czujniki Halla zbudowane są z cienkiej warstwy przewodnika z czterema wyprowadzeniami. Dwa z nich służą do doprowadzania stałego prądu, a dwa pozostałe to wyjścia pomiarowe. Po umieszczeniu elementu w polu magnetycznym (prostopadłym do płaszczyzny przewodnika), siła Lorenza powoduje lokalną zmianę gęstości płynących przez przewodnik ładunków.
Wywołuje to powstanie niewielkiej różnicy potencjałów na wyjściach pomiarowych. Napięcie to jest proporcjonalne do natężenia pola magnetycznego. Jednak jego wartości są bardzo małe i nie przekraczają kilku mikrowoltów. Z reguły oznacza to konieczność stosowania precyzyjnych wzmacniaczy (najczęściej zintegrowanych w jednej obudowie z czujnikiem).
Omawiane czujniki mają wiele zalet - cechują się wysoką bezawaryjnością i długim czasem życia, brakiem części ruchomych, dużą szybkością działania, małymi wymiarami i niskim kosztem. Dużą popularnością cieszą się tzw. cyfrowe czujniki Halla. Działają one podobnie do układów analogowych (generujących liniowy sygnał wyjściowy).
Różnica polega na implementacji dodatkowej bramki logicznej, powodującej, że ich wyjścia mogą znajdować się w stanie załączonym lub wyłączonym. Takie rozwiązanie umożliwia bezpośrednią współpracę z bramkami logicznymi, mikrokontrolerami i procesorami. Nowa seria czujników Halla SS5 firmy Honeywell przeznaczona jest do wykorzystania z magnesami stałymi oraz elektromagnesami.
Elementy te mają wyjście dwustanowe i dostępne są w obudowie przeznaczonej do montażu powierzchniowego (SOT89) o wymiarach 4,2 × 4,5 mm (patrz fot. 1). Specjalny sposób ukształtowania wyprowadzeń (tzw. gull-wing) zmniejsza podatność na powstawanie mostków podczas procesu lutowania, co umożliwia zmniejszenie odległości między elementami na obwodach drukowanych.
Fot. 1. Wygląd obudowy SOT89 i rozmieszczenie wyprowadzeń czujników SS5
Dzięki rozmieszczeniu wyprowadzeń zgodnym z przemysłowym standardem, możliwe jest użycie układów SS5 jako zamienników większości elementów innych producentów. Układy zostały tak zaprojektowane, aby poprawnie pracować w szerokim zakresie temperatur (od -40 do 150°C). W zależności od wersji, czujniki mogą pracować w systemach z polami magnetycznymi o charakterze bipolarnym lub unipolarnym.
Układy mają wewnętrzny przerzutnik Schmitta, co eliminuje powstawanie przerzutów spowodowanych niewielkimi fluktuacjami strumienia magnetycznego podczas przełączania. Wewnętrzny stabilizator napięcia zapewnia poprawną pracę układu w szerokim zakresie napięć zasilania (3,8...30 VDC). Pobór prądu nie przekracza 10 mA przy 40°C, a typowo wynosi 7 mA dla temperatury pokojowej.
Czujniki SS5 mają wyjście w konfiguracji OC (otwarty kolektor) umożliwiający sterowanie prądami rzędu 20 mA (maksymalnie 50 mA). Tak duży prąd pozwala na bezpośrednie podłączenie wielu elementów elektronicznych/ elektrycznych (wskaźniki LED, niektóre przekaźniki, tranzystory mocy) bez konieczności stosowania buforów.
Czasy narastania i opadania napięcia wyjściowego wynoszą po 1,5 μs (zasilanie 12V, obciążenie 1,6 kΩ / 20 pF). Ważną zaletą układów SS5 jest odporność na uszkodzenia spowodowane zbyt dużym natężeniem pola magnetycznego.
Specjalna konstrukcja czujnika Halla minimalizuje wpływ czynników mechanicznych oraz temperatury na stan wyjścia układu. Ujemna kompensacja temperaturowa jest dopasowana do charakterystyki termicznej popularnych magnesów, zapewniając wysoką stabilność. Uproszczoną budowę wewnętrzną układów serii SS5 przedstawiono na rysunku 2.
Rys. 2. Schemat blokowy układów serii SS5
Typowe aplikacje:
- bezszczotkowe silniki prądu stałego,
- detektory położenia tłoka w siłownikach hydraulicznych/pneumatycznych,
- czujniki poślizgu kół w pojazdach,
- układy pozycjonowania wałów, krzywek, zaworów,
- tachometry,
- kontrola obrotów dysku, prędkości taśmy,
- czujniki przepływu cieczy,
- czytniki kart magnetycznych,
- układy zapłonowe.
Firma Honeywell zaleca lutowanie czujników SS5 metodą rozpływową w temperaturze nieprzekraczającej 245°C i czasie nie dłuższym niż 10 sekund. Nieprzestrzeganie tych zaleceń może spowodować uszkodzenie elementu lub zmianę jego nominalnych parametrów.
W ofercie firmy Transfer Multisort Elektronik znajdują się wszystkie obecnie produkowane czujniki serii SS5. Aby uzyskać dokładniejsze informacje na temat parametrów magnetycznych poszczególnych modeli, można posłużyć się plikiem PDF dostępnym na stronach TME (www.tme.eu) i Honeywell (www.honeywell.com.pl).
Jerzy Gołaszewski
Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.
www.tme.pl
