2.2 Возможности применения датчиков Холла

Быстрое и разностороннее развитие применения датчиков Холла явилось результатом тех многочисленных преимуществ, которыми обладают датчики Холла; важнейшие из них следующие:

1) датчик Холла - в принципе статический элемент, что, например, при выполнении измерений магнитной индукции даст ему преимущества перед измерениями, проводимыми баллистическим или индукционным методами;

2) датчик Холла есть направленный элемент, так как выходное напряжение пропорционально нормальной составляющей вектора магнитной индукции; это позволяет определять экстремальные значения и распределение магнитных полей в пространстве;

3) датчик Холла может быть сделан и подвижным элементом; это преимущество в связи со сказанным в п. 2 позволяет построить, например, генератор синусоидальных колебаний инфранизких частот;

4) малая площадь поверхности (минимальные размеры кристаллических датчиков Холла 0,7x0,7 мм², а пленочных порядка 10x10 мкм²), позволяющая про­изводить измерение в глубоких отверстиях малого диаметра;

5) малая толщина (у кристаллических датчиков Холла вместе с корпусом - порядка 1 мм, а у пленочных вместе с подложкой - порядка 0,1 мм), позволяющая выполнять измерения в очень малых зазорах;

6) линейная (в больших диапазонах) зависимость выходного напряжения от управляющих величин (поля или тока);

7) простая зависимость выходного напряжения от произведения двух входных величии;

8) передача сигналов без искажений;

9) широкий частотный диапазон передаваемых сигналов - теоретически от 0 до ~10¹² гц;

10) бесконтактная (с помощью магнитного поля) передача сигналов;

11) возможность применения управляющих полей и токов постоянных, переменных или импульсных и получения соответствующего напряжения или тока на выходе, что дает возможность детектировать, модулировать и затем получать на выходе сигналы соответствующей формы и мощности, т. е. преобразовывать сигналы;

12) возможность разнообразного соединения датчиков Холла (последовательного и параллельного, последовательного и встречного, входными и выходными цепями, гальванического или с помощью магнитного поля);

13) относительно простая и маломощная схема электропитания (постоянным, переменным или импульсным током);

14) практически неограниченный срок службы.

К числу главных недостатков относятся:

1) относительно сложная технология (однородность материала, контакты);

2) большой разброс параметров в пределах одной партии датчиков Холла, что вынуждает определять характеристики каждого датчика в отдельности и усложняет взаимозаменяемость датчиков Холла;

3) зависимость сопротивления и коэффициента Холла от температуры;

4) зависимость сопротивления и коэффициента Холла от магнитного поля;

5) наличие остаточного напряжения, в том числе резистивного и термического, а также напряжения, наводимого в выводах переменными полями;

6) нестабильность нуля, как следствие пп. 3.-5;

7) отсутствие общего заземления у входа и выхода датчика Холла, что затрудняет его совместную работу с ламповыми (и транзисторными) схемами;

8) малая величина -к. п. д.; этот недостаток существен лишь в некоторых случаях.

Недостатки эти, однако, в достаточной для практических решений степени можно устранить соответствующим выбором электрической схемы, систем компенсации и т. п.

В конце 1964 г. можно было назвать несколько десятков различных применений датчиков Холла во многих отраслях науки и техники.

Эти применения можно систематизировать по нескольким критериям, а именно:

1. По характеру непостоянства величины управляющего тока и магнитной индукцииB:

1) , аB – меняется, например, при изменении магнитного поля;

2) B = const, а - меняется , например, в гираторах;

3) иB изменяются, например, при измерениях мощности и в множительных устройствах.

2. По роду B (постоянный, переменный):

1) ;

2) ;

3) ;

4) или.

3. По относительному положению датчика Холла относительно источника магнитного поля:

1) датчик Холла неподвижен, например, в сердечнике при измерении больших постоянных токов;

2) положение датчика Холла можно менять произвольным способом, например, при измерениях магнитного поля;

3) датчик Холла вращается в магнитном поле либо источник поля (постоянный магнит) вращается вокруг датчика Холла, например, в генераторах низкочастотных колебаний;

4) датчик Холла или источник магнитного поля двигается вдоль «прямой линии, например, в измерителях перемещений;

5) датчик Холла или источник поля колеблются, например, при измерениях вибраций (виброускорений).

4. В соответствии с конкретными применениями, как, например:

1) измерение магнитных величин;

2) измерение электрических величин;

3) измерение неэлектрических величин и т. п.[3]