§ 14.3. Применение датчиков Холла и датчиков магнитосопротивления

Основное применение датчики Холла и датчики магнито­сопротивления находят для измерения магнитных полей. Они при­меняются в очень широком диапазоне напряженности магнитного поля: от 1 до 10⁹ А/м. С их помощью можно определять кривые намагничивания магнитных материалов, распределение магнитных полей в электрических машинах и электромагнитных устройствах. При измерениях в сильных магнитных полях (H>10⁷ А/м) ЭДС Холла составляет десятые доли вольт и может быть измерена вольтметром с большим внутренним сопротивлением или с по­мощью компенсационной схемы. Регулировка чувствительности производится изменением напряжения, питающего датчик. Для уве­личения выходного сигнала используют последовательное соеди­нение нескольких датчиков Холла. При измерениях в средних маг­нитных полях (10⁵ А/м<H<10⁷ А/м) требуется усиление выход­ного напряжения датчика. При измерениях в слабых магнитных полях (H<10⁵ А/м) используют так называемые концентраторы магнитного поля. В качестве таких концентраторов используют круглые длинные стержни с узким зазором между ними, куда и по­мещается датчик. Стержни изготовляют из материалов с высокой магнитной проницаемостью, чаще всего из пермаллоя. При длине стержней в 1 метр, диаметре 5 мм и зазоре в 0,3 мм можно полу чить коэффициент усиления магнитного поля в 1500 раз. Датчики Холла с концентраторами магнитного поля способны чувствовать напряженность магнитного поля в 0,1 А/м. С их помощью можно исследовать даже очень слабое магнитное поле Земли. Однако на­до отметить, что измерения средних и слабых магнитных полей с помощью датчиков Холла пока целесообразны лишь в лаборатор­ных, а не промышленных условиях.

В средних и слабых магнитных • полях датчики Холла очень чувствительны к колебаниям температуры и нуждаются в стабиль-ном питании и сложных измери­тельных схемах. Например, тер-моЭДС между материалом дат­чика и его выводами соизмери­ма с выходным сигналом. Да и при измерениях в сильных маг­нитных полях используют схемы термокомпенсации погрешности с помощью терморезисторов, а по­рой даже и термостатироваиие, т. е. измерения проводят в каме­ре, где автоматически поддержи­вается постоянная температура.

По существу, датчик Холла является элементарным умножающим устройством, поскольку его выходной сигнал пропорциона­лен произведению напряженности на ток. На этом, в сущности, и основаны все возможные применения датчика Холла. При посто­янном токе через датчик выходной сигнал пропорционален напря­женности магнитного поля. А поместив датчик в постоянное маг­нитное поле, можно измерять ток, проходящий через него, по зна­чению ЭДС Холла. Это единственный способ определения распре­деления токов в электролитических ваннах.

Датчики магнитосопротивления также вначале использовались для измерения магнитных полей, но затем были вытеснены более совершенными датчиками Холла на новых полупроводниковых ма­териалах. Однако датчики магнитосопротивления по устройству проще датчиков Холла. Наилучшей формой для датчика магнито­сопротивления является диск с одним выводом в центре и дру­гим — на окружности. Зависимости относительного изменения со­противления датчиков магнитосопротивления разной формы от маг­нитной индукции показаны на рис. 14.3.

Основным достоинством датчика магнитосопротивления являет­ся возможность бесконтактного изменения активного сопротивле­ния.

Одним из возможных применений датчиков магнитосопротив­ления является создание бесконтактных клавишных выключателей. При нажатии на кнопку такого выключателя перемещается магнити изменяется магнитный поток, воздействующий на датчик магни-тосопротивления.

Известны также применения датчиков Холла и магнитосопро-тивления в системах автоматики в качестве измерителей тока в токоведущих шинах, бесконтактных потенциометров для преобра­зования механического перемещения (линейного или углового) в пропорциональный электрический сигнал. Удобно применять дат­чики Холла в автоматических устройствах, контролирующих состоя­ние стальных канатов.

Пока еще датчики Холла и датчики магнитосопротивления срав­нительно мало применяются в системах промышленной автомати­ки. Но бурное развитие полупроводниковой технологии ведет к расширению их применения.

Следует отметить, что в последнее время к таким датчикам при­бавились еще и близкие по принципу действия магнитодиодные и гальваномагнитно-рекомбинационные преобразователи.