Датчик Холла для двери

Электромагнитный замок на дверь – популярные модели

Классификация

Существует несколько критериев, по которым различаются ЭМЗ:

• 1. Принцип действия. ↓
• 2. Способ управления ↓
• Схемы подключения и принцип действия ↓
• Установка ↓
• 1. Установка накладного замка ↓
• 2. Установка врезного замка ↓
• 3. Особенности установки. ↓
• Обзор лучших моделей ↓
• Критерии выбора ↓
• Достоинства и недостатки ↓

1. Принцип действия.

По принципу работы электромагнитные замки делят на:

1. Сдерживающие.
2. Сдвиговые.

Сдерживающие замки, якорь которых работает на отрыв, бывают:

1. Накладные.
2. Врезные.

Сдвиговые замки, якорь которых работает на сдвиг запорного язычка, предназначены для установки внутри дверного полотна.

2. Способ управления

ЭМЗ могут управляться двумя способами:

1. Одной кнопки, простое нажатие на которую вызывает открывание двери.
2. С помощью электронных компонентов, таких как:
   • Датчик Холла — контролирует срабатывание замка.
   • Магнитоконтактный датчик (геркон), контролирующий движение двери.

Схемы подключения и принцип действия

Принцип действия любого ЭМЗ заключается в том, что электромагнит притягивает к себе металлический якорь и за счет этого надежно удерживает дверь в закрытом положении.

Наиболее простым является электромагнитный замок, который управляется без применения электроники.

В этом случае в комплект устройства входят:

1. Замок.
2. Запорная планка.
3. Кнопка выхода с нормально замкнутым контактом.

В рабочем положении (когда дверь заперта) контакт кнопки S замкнут и на катушку электромагнита подается напряжение U. При нажатии на кнопку S электрическая цепь размыкается и замок открывается.

При использовании специальных датчиков электрическая схема устройства значительно сложнее, так как включает в себя контроллер (блок управления), а также считывающее устройство или вызывную панель. Наличие блока управления и считывающего устройства позволяет использовать средства персонального открытия двери (ключи Touch memory, брелоки или магнитные карты, цифровые коды и пр.).

В этом случае в комплект изделия входят:

1. ЭМЗ.
2. Считывающее устройство иили вызывная панель.
3. Кнопка выхода с нормально разомкнутым контактом.
4. Блок управления.
5. Устройство бесперебойного питания.
6. Комплект брелоков или магнитных карт.

Использование датчиков различного типа определяет особенности работы такой схемы.

1. Датчик Холла. Датчик Холла реагирует на изменение величины магнитного поля катушки. Он встраивается в корпус замка и срабатывает при увеличении величины магнитного поля во время подачи напряжения на катушку индуктивности. При отключении напряжения величина магнитного поля уменьшается и датчик отключается.
2. Магнитоконтактный датчик. Геркон, в отличие от датчика Холла, размещается в косяке двери, напротив установленного постоянного магнита. При закрытой двери контакт геркона под действием магнитного поля замкнут. При ее открывании магнитное поле исчезает и геркон размыкается. Таким образом исключается подача напряжения на катушку электромагнита при открытой двери.

Установка

Одним из достоинств ЭМЗ является его простая и быстрая установка.

В общем случае для его установки необходимы:

1. Дрель.
2. Набор уголков 25х25 мм.
3. Набор сверл диаметром от 2,5 до 12 мм.
4. Молоток.
5. Отвертки.
6. Плоскогубцы.
7. Кусачки.
8. Крепежные элементы.
9. Рулетка.
10. Уровень.
11. Карандаш.

1. Установка накладного замка

Накладной электромеханический замок закрывает часть дверного проема, поэтому обычно его размещают в верхней части проема, где он практически не мешает проходу.

Установка осуществляется в таком порядке:

1. Выбирают место на косяке, где будет установлен замок.
2. Приложив замок к месту предполагаемого монтажа, определяют, где на двери будет установлен якорь (ответная пластина).
3. Приклеивают на это место трафарет (входящий в комплект).
4. По трафарету сверлят отверстия.
5. Крепят якорь к дверному полотну.
6. Напротив установленного якоря крепят на косяке монтажную пластину (уголок) на которой будет установлен замок.
7. Подводят все необходимые провода (желательно в кабельном канале), подсоединяют их к замку и устанавливают его на пластину.
8. Проверяют работоспособность устройства. При необходимости отпускают центральный крепежный винт, увеличивая свободный ход якоря.

2. Установка врезного замка

Врезные замки своими руками устанавливают при наличии дверей, выполненных из дерева. В металлических дверях такие замки устанавливают в процессе их изготовления. Для самостоятельной установки таких замков необходимо снимать внутреннюю обшивку.

Установку начинают с разметки той области дверного полотна, где будет размещен замок.

Для этого:

1. Размечают область установки.
2. Отмечают места крепления.
3. Сверлят крепежные отверстия.
4. С помощью стамески и молотка делают нишу.
5. Прокладывают и подсоединяют провода.
6. Замок помещают в нишу и крепят соответствующими болтами.
7. Аналогично устанавливают ответную планка.

3. Особенности установки.

Начиная работы по установке электромагнитных запорных конструкций необходимо удостовериться в том, что расстояние (зазор) между косяком и дверью полностью перекрывается якорем (язычком). Кроме того они очень чувствительны к совпадению замка и запорной планки. Отклонение хотя бы в одном из направлений приводит к некорректной работе устройства.

Поэтому:

1. Составные части изделия оснащают регулирующими винтами, а в комплект включают специальные пластины. Эти элементы позволяют корректировать положение отдельных частей замка не только в случае неточной установки, но и при деформации дверного полотна или перекоса косяка.
2. Из-за того, что верхнее расположение накладных замков может привести к перекосу дверей, установка их на пластиковых и стеклянных дверях крайне нежелательна.
3. Врезные замки не допускают превышения усилий, прилагаемых для открывания двери, но при этом не вызывают их деформации. Поэтому чаще всего их применяют со стеклянными или пластиковыми дверными конструкциями на металлической раме.
4. Для того, чтобы не допустить повреждения рабочих поверхностей устройства специалисты рекомендуют использовать специальные дверные доводчики. Правильно отрегулированные, они обеспечивают плавное закрывание дверей и полностью исключают возможность повреждения установленных элементов.

Обзор лучших моделей

На отечественном рынке представлено большое количество самых разнообразных ЭМЗ. Среди них имеются изделия как отечественных предприятий, так и производителей из других стран.

Наиболее популярны из них:

Накладной электромеханический замок АМ-60 производства компании ATIS.

1. Один из самых легких и маленьких (90х33х20 мм) замков, сила удержания которого составляет 50 кг.
2. Его стоимость не более 23 $ США.

Врезной ЭМЗ испанской корпорации Openers&Closers MEX 201 стоимостью 1400 руб. Его габаритные размеры не превышают 208х28х52, при этом сила удержания составляет 300 кГс.

Электромагнитный замок сдвижного типа AL-400 SH российской компании “Экскон”.

1. Он оснащен датчиком Холла, герконом и датчиком положения двери. Сила удержания составляет 400 кг. Габаритные размеры – 201,5х25х25 мм.
2. Цена устройства – 14500 руб.

Критерии выбора

Приобретая электромагнитный замок необходимо в первую очередь обращать внимание на его технические характеристики.

К ним относятся:

1. Сила удержания.
2. Габаритные размеры.

Эти параметры должны соответствовать типу двери и характеру ее использования. Так для удержания тяжелой металлической конструкции нужен большой мощный замок, а при необходимости закрыть шкаф — устройство с минимальными габаритами и небольшой удерживающей силой.

Кроме того важное значение имеет бесшумность работы устройства. Она достигается путем тщательной регулировки зазоров. Поэтому лучше выбирать изделия, имеющие возможность такой регулировки.

Не последнее место при выборе электромагнитного запорного устройства занимает и его внешний вид. Цветовое решение должно гармонировать с отделкой дверного полотна и интерьером всего помещения.

Достоинства и недостатки

Как и все запорные механизмы ЭМЗ имеют ряд достоинств и недостатков:

1. Достоинства:
   • Простота установки и подключения.
   • Высокая надежность и долговечность эксплуатации.
   • Работа в любых климатических условиях.
   • Легкость управления.
   • Возможность дистанционного открывания двери.
2. Недостатки:
   • Установка электромагнитного замка несколько уменьшает размер дверного проема.
   • Необходимость установки дублирующего запорного механизма или блока бесперебойного электропитания, которые способны обеспечить работу устройства в случае внезапного отключения электропитания.

Электромагнитные замки

Для не санкционированного доступа в помещение давно уже придумали такое устройство как замок. Замок электромагнитный – одна из разновидностей этого семейства устройств. Он обладает высокой надёжностью, не восприимчивостью к агрессивным средам, устойчивостью к перепадам температур, что при условиях эксплуатации в нашей стране немаловажно.

В конструкции такого замка отсутствуют трущиеся детали. Это повышает его износоустойчивость и делает его чуть ли не единственным решением для дверей, которые стоят на объектах с большой проходимостью (учебные заведения, заводы). Электромагнитный замок – отличный вариант для дверей на пожарных и запасный выходах. Потому что, в случае эвакуации легко откроется нажатием кнопки или откроется сам при обесточивании здания. Такой замок невозможно открыть с помощью отмычки.

Виды электромагнитных замков

Делятся электромагнитные замки по типу работы на две группы: удерживающие и сдвиговые. В удерживающих электромагнитных замках якорь работает на отрыв, в сдвиговых – в поперечном сечении, на сдвиг. И те и другие чаще всего маркируются обозначением «ml». После этого обозначения, через тире, идёт обозначение усилия на отрыв в килограммах. Например, замок электромагнитный ML-100K. Расшифровывается как электромагнитный замок с усилием на отрыв 100 кг.

По управлению замки делятся на: управляемые с электроникой и без электроники. Во втором случае дверь открывается просто нажатием кнопки и фиксируется при закрывании. Если используется электроника, то это может быть датчик Холла или магнитоконтактные датчики (герконы). В одном замке могут быть все виды управления и контроля.

Удерживающие электромагнитные замки

Удерживающий электромагнитный замок (ml) обычно накладной (исключение, узкий замок). Может быть установлен снизу, сбоку или, что чаще всего, сверху двери. Это не совсем удобно, поскольку накладка уменьшает дверной проём. Кроме того, попытка открыть дверь зафиксированную, например, только сверху, может привести к деформации двери.

Узкий электромагнитный замок на дверь так же может быть установлен в любом месте, но ставится, обычно посередине. Он не уменьшает дверной проем, потому что врезной. Но он имеет ограничения по установке. Поскольку рабочая поверхность якоря не сможет противостоять большому усилию. Поэтому он ставится в тонких дверцах, где применение большого усилия исключено: двери мебели, витрин, пожарных шкафов, люков, технологических заглушек и т.д. Впрочем, для усиления эффекта могут быть установлены несколько замков, с одним управлением.

Сдвиговые электромагнитные замки

Сдвиговый электромагнитный замок обычно врезной. Поэтому такой электромагнитный замок на дверь устанавливается, обычно, в середине. Он, как и узкий замок, не загораживает дверной проём. Электромагнит в нём работает не напрямую, как в удерживающем, а на сдвиг язычка, который и запирает дверь.

Электромагнитные замки со встроенными датчиками

Датчики Холла и магнитоконтактные датчики имеют разное назначение. Датчики Холла контролируют срабатывание замка, а магнитоконтактные – закрытие двери.

Датчик Холла реагирует на магнитное поле. Таким датчиком обычно является микросхема Холла с цифровым выходом. Поскольку она имеет только два положения (1 или 0), то и контролирующее напряжение на выходе либо есть, либо нет. Нагрузкой в таких схемах служит малогабаритное герконовое реле. Оно срабатывает, когда повышается магнитное поле (замок закрыт) и отключается, когда оно понижается. Удобно то, что датчик находится в теле электромагнитного замка на двери. И определить снаружи есть там датчик Холла или нет невозможно.

Магнитоконтакнтый датчик (геркон) контролирует положение двери. Работает он автономно, вне зависимости от работы замка или датчика Холла. В отличие от датчика Холла ему не нужно питание, он пассивный датчик. Удобен он тем, что может ставиться как вместе с электромагнитным замком (проще), так и отдельно.

Принцип работы основан на срабатывании (замыкании) геркона в магнитном поле. Геркон должен находиться в косяке, а, напротив, в двери должен быть постоянный магнит, ориентированный по отношению к геркону. Когда дверь закрыта, геркон, находясь под действием магнитного поля, замкнут. Когда дверь открыли, магнитное поле «ушло», геркон разомкнулся.

Оба датчика могут использовать свои свободные контакты для включения в любую управляющую, контролирующую или охранную систему. Могут использоваться как вместе, так и по отдельности. Кроме того, датчик Холла может сигнализировать об уменьшении силы притяжения и необходимости профилактики.

У обоих видов электромагнитных замков есть свои плюсы и минусы. В том числе и по монтажу. Установка накладного замка проще, чем врезного, потому что ставится он снаружи. Не нужно высверливать, выдалбливать полость ни в косяке, ни в двери, для установки замка. Установка электромагнитного замка начинается с разметки. Нужно определить оптимальное расположение замка.

Как уже было сказано, чаще всего, накладной замок ставят сверху. Объясняется это тем, что он закрывает часть дверного проёма, и установленный в другом месте будет мешать проходу.

Сначала наклеивается, входящая в комплект, наклейка с разметкой на косяк в том, месте, где будет устанавливаться замок. По ней сверлятся отверстия под крепление. Затем устанавливается накладка, подводятся провода и подсоединяются, крепится сам замок. Потом на двери, напротив замка устанавливается якорь. Крепление якоря рассчитано таким образом, чтобы удерживать дверь под нагрузкой, на которую рассчитан электромагнитный замок. Часто для этого крепление проходит через дверь насквозь и закрепляется с обратной стороны гайками.

Перед установкой врезного сдвижного замка нужно убедиться, что зазор между дверью и косяком в том месте, где будет установлен замок, достаточно маленькое. Язычок замка должен его перекрывать полностью. Кроме этого, врезные замки очень требовательны в плане совпадений замка в косяке и запорной планки на двери. Отклонение в любом направлении (вверх-вниз, вправо-влево, вперёд-назад) может привести к тому, что «электромагнитный замок» не будет блокировать дверь.

Для того чтобы обеспечить необходимую точность, в комплект замка входят специальные регулирующие пластины, замок и запорная планка оборудованы регулирующими винтами. Это сделано на случай, если уже в процессе эксплуатации произойдёт деформация двери, движение стенки, перекос косяка. Эти регулирующие элементы позволят поправить положение замка и запорной пластины таким образом, чтобы блокировка двери происходила.

Подключение электромагнитного замка

При подключении электромагнитного замка имеет значение, каким из двух вариантов он управляется: со встроенным контролером или без электроники. Во втором случае схема подключения будет очень простой (рис. 1). Она состоит из катушки электромагнита L, на которую подаётся напряжение U и кнопки замыкания цепи S. Но в таком случае управление дверью будет осуществляться только одной кнопкой.

Гораздо сложнее схема подключения электромагнитного замка, управляемого электронным контролером. Контроллер может быть внешним и внутренним. Наличие контроллера позволяет использовать Proxy карты, ключи Touch Memory и другие подобные средства индивидуального открывания двери. Обратите внимание, что кнопка «выход» (рис. 2) должна быть разомкнута в нормальном положении. Контролер в этом случае хранит информацию об электронных идентификаторах.

Для монтажа и обслуживания электромагнитных замков лучше пригласить специалиста. Самая подробная инструкция вряд ли заменит опыт и квалификацию. С ним же лучше всего проконсультироваться по поводу выбора замка в каждом конкретном случае.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Электромагнитный замок на дверь: конструктивные особенности и монтаж устройств

Основным критерием при выборе замка для входной двери надежность, защита от взлома.

Традиционные механические запорные устройства остаются наиболее распространенными, но все чаще хозяева помещений выбирают и устанавливают электромагнитный замок на входную дверь.

Производители предлагают выбрать несколько видов устройств. Они отличаются способом монтажа, имеют другие отличия.

Как работают электромагнитные замки, особенности их конструкции

Устройство электромагнитного замка на двери несложное. Запорная система состоит из двух основных элементов.

Электромагнит устанавливают на дверной коробке, а на полотне монтируют металлическую пластину. Между ними создается магнитное поле, конструкция надежно удерживается в запертом состоянии.

При использовании ключа происходит кратковременное прекращение подачи напряжения, в этот период посетитель может пройти внутрь помещения. Электромагнит – это небольшая коробочка, обычно выполненная из сплава алюминия.

Внутрь помещают ферромагнитный сердечник с обмоткой. Пластина для изделия стальная, её поверхность тщательно шлифуют для улучшения основного качества замка – силы удержания двери в закрытом состоянии.

Для электроснабжения устройства используют блок питания. Батарея монтируется в электрическую сеть с внутренним напряжением до 240 вольт.

На её выходе поддерживается постоянное напряжение в 12 вольт. В случае отключения электричества в помещении запорная система находится в открытом состоянии, поэтому для сохранения её работоспособности в течение определённого времени необходим аккумулятор.

Для управления устройством используют контроллер или блок управления. Он позволяет контролировать работу замка, подключать или отключать его, устанавливать дополнительные элементы.

Электромагнитный замок на уличную дверь или входную производится с комплектом ключей. В зависимости от модели их может быть несколько – основной и дополнительные, чаще от 3 до 6 штук.

Основной ключ используется для программирования, настройки функций, паролей доступа дополнительных. Для открывания устройства изнутри предполагается установка специальной кнопки. Изделие реализуется с доводчиком, крепежом, считывателями сигнала (датчиками) от ключа.

Какие виды электромагнитных замков можно приобрести

Перед тем, как установить электромагнитный замок на дверь, следует ознакомиться с ассортиментом изделий, узнать технические характеристики моделей, области их применения.

Важными параметрами для оценки являются способ монтажа запорных устройств, особенности их эксплуатации.

Удерживающие модели

Подключение электромагнитного замка на дверь с удерживающей системой (другое название – отрывной) является простым.

Принцип работы таких изделий – прочное удержание электромагнитом плотна по отношению к корпусу при помощи пластины.

Замки отрывного типа могут быть накладными или врезными. Первые монтируются, если полотно открывается наружу, вторые — в случаях его открывания внутрь.

Удерживающие модели могут быть индивидуальными, то есть используются для установки в частных домах или квартирах, бытовых помещениях, в рабочих кабинетах.

Можно выбрать изделия для общественных мест – подъездов многоквартирных домов или для осуществления доступа сотрудников в крупные офисные здания. Отрывные модели могут быть с разной силой электромагнита – 200 — 300 кг, 300 – 500 кг или более.

Удерживающие запоры остаются функциональными даже при условии, когда со временем происходит усадка дверной конструкции, незначительная деформация частей её полотна или коробки.

Сдвиговые (сдвижные)

Сдвиговые замки с магнитом устанавливаются внутрь дверного полотна. Принцип их работы заключается в удержании плоского металлического язычка (сердечника) между дверью и магнитом, сдвигания его при использовании ключа.

Конструкции бывают накладными или врезными. При закрытии сердечник входит в специальные пазы в коробке, плотно удерживается в ней при помощи электромагнитного поля.

Корпус изделия изготавливается из влагоустойчивого материала, защищенного от механических повреждений и «вандального» воздействия. Используют нержавеющие стальные, алюминиевые сплавы. Для установки внутри помещений допускается монтаж корпуса запора из прочного пластика.

Модели с датчиком Холла

Установка электромагнитного замка на металлическую дверь с датчиком Холла позволяет контролировать его работу. Чувствительное устройство монтируется внутрь запора, узнать о его наличии при визуальном осмотре невозможно.

Датчик способен реагировать на колебание значений магнитного поля внутри системы, позволяет контролировать «запирающую» функцию изделия.

Микросхема датчика реагирует на магнитный поток, проходящий через систему устройства. Он способен определять факты разблокирования-блокирования устройства.

Датчики Холла срабатывают при наличии электромагнитного потока, то есть, когда запор находится в закрытом состоянии. Они могут монтироваться к системе сигнализации.

Информация о том, что дверь в здании открыта, поступает на пульт дежурного по зданию. Изделия с датчиками Холла устанавливают на объектах, где имеется несколько дверей.

Их настройка позволяет добиться результата – при открытии одного из проходов остальные находятся в закрытом состоянии. Такие особенности позволяют избежать взлома запоров, нежелательный или криминальный проход внутрь помещения.

Замки с датчиком магнитоконтактного типа (герконом)

Контролирует состояние запорной системы в положении «открыто-закрыто» датчик геркон. Он является магнитоконтактным. Устройство позволяет фиксировать количество проходов, используется для работы сигнализаций – пожарной или тревожной. Его функциональность не зависит от изменения напряжения питания замка.

Контакты геркона смыкаются в момент закрытия прохода, размыкаются, когда она открывается. Датчик реагирует даже на незначительное изменение положения дверного полотна по отношению к коробке.

Накладные, врезные, полуврезные модели

До того, как поставить электромагнитный замок на дверь, следует определить его способ установки.

Изделия могут монтироваться накладным способом или в специальные выемки на полотне и коробке – они необходимы для врезных или полуврезных изделий.

Способ крепления зависит от материала, из которого изготовлена дверная конструкция, типа помещения, предполагаемого количества открываний-закрываний запора.

Как выполняется установка электромагнитных замков на дверь

Выполнить самостоятельную установку запорной системы без навыков работы с электрическим оборудованием и сетями сложно. К их монтажу привлекают специалистов.

К каждому изделию прилагается схема электромагнитного замка на дверь, на основании которой производится монтаж оборудования.

Заключение

Установка замков с электромагнитом позволяет решить для собственников помещений несколько задач:

1. недопущение прохода «нежелательных» лиц;
2. контроль за количеством заходов и выходов на объект через устройство;
3. монтаж датчиков замка в систему пожарной, тревожной сигнализаций.

Для качественной работы изделий требуется модели с встроенными аккумуляторными батареями.

Их наличие позволяет продолжить работу пропускных устройств при аварийном или плановом отключении электроэнергии в помещениях.

Видео: Электромагнитные замки

Руководство по применению датчиков Холла и герконов

В предыдущей статье обсуждалась важность фокусирования на всей конструкции системы, а не на конкретном компоненте магнитной схемы. В тех системах, где требуются специальные датчики, необходимо, чтобы конструктор определил факторы окружающей среды, механического воздействия, электрические и магнитные параметры всей системы, чтобы можно было выбрать датчик, который соответствует этим условиям эксплуатации.

Как уже упоминалось в первой статье, между разработчиком, производителем и потребителем должна поддерживаться четкая и прямая связь, чтобы рабочие требования ко всем датчикам и системе в целом могли быть четко определены и были понятны всем вовлеченным сторонам. Без такой постоянной связи мало шансов, что будет спроектирована надежная система, которая будет функционировать как нужно. И, наоборот, при хорошей коммуникации в проектной группе на протяжении всего процесса может быть разработана надежная схема, которая соответствует всем известным требованиям.

В этой статье будет рассмотрен вопрос, как выбрать технологии магнитных датчиков для аналоговых и цифровых приложений. В ней также определяются и описываются преимущества герконовых датчиков и датчиков Холла с приведением примеров приложений с микропроцессорным управлением, которые используют эти датчики.

Цифровые датчики: высокая надежность в дискретных приложениях

Во многих приложениях используется цифровой выход для определения, находится ли объект в определенной позиции. Например, датчик может быть использован для проверки наличия защитного ограждения на механизме. Если ограждение находится на своем месте, машина работает. Если же это не так, машина работать не будет. В этом типе дискретного приложения требуется цифровой выход. В приложениях с магнитными датчиками исключительную надежность обеспечивают следующие цифровые датчики:

Герконовые датчики: преимущества и применение

Герконовый датчик представляет собой электрический ключ, который для работы не требует питания, в отличие от интегральной схемы. Выводы заводятся в герметизированную стеклянную колбу, в которой находятся контактные пластины. В результате ключ в герконе обладает высокой надежностью, поскольку он не подвержен влиянию влаги или других факторов окружающей среды. Поэтому контакты не будут окисляться и с нагрузками логического уровня будут продолжать работать в течение миллионов циклов.

Герконовые датчики очень популярны среди приложения с питанием от батареи. Они используются в автомобильных составляющих безопасности, например, обнаружение защелкивания застежки ремня безопасности и обнаружение столкновения. Поскольку герконы могут переключать нагрузки и постоянного, и переменного напряжения, их часто выбирают для цифровых приложений типа «вкл/выкл», например, детектирование закрытия/открытия двери в системах безопасности и в бытовой технике.

Например, дверь холодильника использует геркон для определения закрытия двери. Магнит крепится к двери, а герконовый датчик закрепляется на неподвижной раме, скрытой за внешней стенкой холодильника. Когда дверь открыта, герконовый датчик не может обнаружить магнитное поле, что заставляет включиться светодиодную лампу. Когда дверь закрывается, датчик обнаруживает соответствующее магнитное поле, и светодиод выключается. В этом приложении микроконтроллер внутри блока управления получает сигнал от геркона, а затем включает или выключает светодиод.

Рисунок 1 – Геркон в двери холодильника используется для включения и выключения светодиода

Цифровые датчики Холла: преимущества и применение

Цифровые датчики Холла используют полупроводниковые приборы и их выходное напряжение изменяется в зависимости от изменения магнитного поля. Эти датчики объединяют в семе чувствительный элемент с эффектом Холла и электрическую схему, обеспечивающую цифровой выходной сигнал типа «вкл/выкл», что соответствует изменению магнитного поля без использования каких-либо движущихся частей. Использование датчика на основе эффекта Холла ограничено приложениями с низкими постоянными напряжением и током. В отличие от геркона, устройство на основе эффекта Холла содержит в себе активную схему, поэтому оно потребляет небольшое количество тока в любое время.

Цифровые датчики Холла обеспечивают высокую надежность и для точных требований к измерениям могут быть запрограммированы на активацию при заданной величине магнитного поля.

Эти датчики очень популярны в высокоскоростных измерительных схемах таких бытовых машин, как стиральные машины и сушилки. В этом применении вращающийся 16-полюсный кольцевой магнит активирует чип датчика Холла при каждом прохождении красного (северный полюс) сегмента и деактивирует его при каждом прохождении белого (южный полюс) сегмента, что дает очень точный сигнал, соответствующий скорости. Цифровые датчики Холла особенно полезны в автомобильных приложениях безопасности, таких как определение защелкивания застежки ремня безопасности и определение скорости зубчатой передачи.

Рисунок 2 – Схема применения датчика Холла для измерения скорости

Аналоговые/пропорциональные датчики для повышения стабильности и точности

Аналоговые измерительные приложения позволяют конечному пользователю мгновенно получать обратную связь о положении магнита. Аналоговый датчик Холла обладает высокоточным выходным сигналом с высоким разрешением.

Ранее аналоговые датчики Холла измеряли у магнитов плотность потока и в значительной степени зависели от внешней температуры. Так как в последние годы аналоговые технологии эффекта Холла развивались, теперь, вместо традиционной амплитуды поля, микросхема с датчиком Холла теперь измеряет угол поля, делая его намного менее чувствительным к изменениям температуры. Это улучшение позволяет датчику обеспечивать более стабильный аналоговый выходной сигнал в широком диапазоне температур.

Рассмотрим два типа датчиков Холла, которые могут быть выбраны для аналоговых измерительных схем:

Поворотный датчик Холла: преимущества и применение

Этот полупроводниковый датчик изменяет выходное напряжение при изменении магнитного поля. Он сочетает в себе измерительный элемента на основе эффекта Холла и электрическую схему, обеспечивающую аналоговый выходной сигнал, который соответствует изменению вращающегося магнитного поля без использования каких-либо движущихся частей. Этот датчик предлагает два варианта выходного сигнала: аналоговый или широтно-импульсно-модулированный (ШИМ). Устройство программируется таким образом, чтобы инженер мог связать определенное выходное напряжение или ШИМ сигнал с точной степенью поворота. При повороте до 360° доступны несколько точек программирования. Каждая программируемая точка представляет собой напряжение или ШИМ сигнал, который соответствует заданному углу магнитного поля. Это приводит к получению выходного сигнала, пропорционального углу поворота.

В отличие от механического и резистивно-плёночного поворотных устройств поворотный датчик Холла не испытывает механического износа или изменения значений сопротивления. Кроме того, он очень стабилен при нормальных рабочих температурах вплоть до +105°C. Результаты измерения угла поворота в диапазоне 0°–360° точно калибруются в соответствующем диапазоне выходного постоянного напряжения 0,5В–4,5В или коэффициента заполнения ШИМ сигнала 10–90%.

Поворотные датчики Холла становятся очень популярными для замены механических резистивно-пленочных потенциометров. Они используются в автомобильных и внедорожных приложениях, таких как определение положения клапана EGR в двигателях. Эти датчики также могут использоваться для определения положения поворотных ручек в приборах и бытовой технике.

Рисунок 3 – Поворотный датчик Холла, используемый в поворотной ручке стиральной машины

Линейный датчик Холла: преимущества и применение

Линейные датчики Холла похожи на поворотные датчики Холла, за исключением того, что они измеряют не угловое, а линейное движение магнитного поля. Датчик Холла программируется для выдачи заданного напряжения, пропорционального заданному расстоянию. Типы выходного сигнала у него такие же, как и у поворотного датчика Холла. Датчик измеряет линейное перемещение и относительный угол потока магнитного привода на расстоянии до 30 мм на каждую микросхему с датчиком Холла. Это дает в результате выходной сигнал, точно пропорциональный перемещению датчика.

Перед программированием выходных напряжений или значений ШИМ-сигнала, соответствующих относительному значению магнитного поля от магнита на приводе, датчик и привод могут быть помещены на место окончательного монтажа в устройстве, чтобы в процессе программирования учесть все магнитные воздействия от близлежащего окружения. Это позволит инженеру отрегулировать выходной сигнал датчика, поскольку в процессе программирования будут учтены любые шунтирующие, механические воздействия и воздействия посторонних магнитных полей.

Линейные датчики Холла часто используются в качестве датчиков контроля уровня жидкости. В этом применении датчик определяет положение движущегося поплавка с прикрепленным магнитом. Линейные датчики также полезны в более сложных конструкциях, таких как автомобильная коробка передач.

Заключение

Данная статья объясняет методологию разработки оптимальной магнитной цепи, для которой требуется настраиваемый датчик. Всегда важно определять параметры проекта всей системы до начала процесса проектирования.

В схемах, где требуются специальные датчики, например, приложения со сложным микропроцессорным управлением, герконовые датчики и датчики Холла обеспечивают бесконтактную технологию, которая является высоко повторяемой и надежной. Цифровой выходной сигнал доступен и у герконов, и у датчиков Холла, и эта технология широко используется в бытовой и автомобильной технике. Аналогично, оба этих типа датчиков могут быть разработаны для использования в аналоговых приложениях, где требуется высокий уровень точности и стабильности.

Датчик Холла

Что такое датчик Холла

Датчики Холла представляют из себя твердотельные радиоэлементы, которые становятся все более популярными в радиолюбительской среде и разработке радиоэлектронных устройств. Они применяются в датчиках измерения положения, скорости или направленного движения. Они все чаще заменяют собой путевые выключатели и герконы. Так как такие датчики являются абсолютно герметичными и представляют из себя простой радиоэлемент, то они не боятся вибрации, пыли и влаги. То есть по сути датчик Холла простыми словами – это радиоэлемент, который реагирует на внешнее магнитное поле.

Эффект Холла

Дело было еще в 19-ом веке. Американский физик Эдвин Холл обнаружил очень странный эффект. Он взял пластинку золота и стал пропускать через неё постоянный ток. На рисунке эту пластинку я пометил гранями ABCD.

Он пропускал постоянный ток через грани D и B. Потом поднес перпендикулярно пластинке постоянный магнит и обнаружил напряжение на гранях А и C! Этот эффект и был назван в честь этого великого ученого. Основной физический принцип данного эффекта был основан на силе Лоренца. Поэтому радиоэлементы, основанные на эффекте Холла, стали называть датчиками Холла.

Но здесь один маленький нюанс. Дело в том, что напряжение Холла даже при самой большой напряженности магнитного поля будет какие-то микровольты. Согласитесь, это очень мало. Поэтому, помимо самой пластинки в датчик Холла устанавливают усилители постоянного тока, логические схемы переключения, регулятор напряжения а также триггер Шмитта. В самом простом переключающем датчике Холла все это выглядит примерно вот так:

Supply Voltage – напряжение питания датчика

Voltage Regulator – регулятор напряжения

Hall Sensor – собственно сама пластинка Холла

Output transisitor Switch – выходной переключающий транзистор (транзисторный ключ)

Линейные (аналоговые) датчики Холла

В линейных датчиках напряжение Холла (напряжение на гранях А и С) будет зависеть от напряженности магнитного поля. Или простыми словами, чем ближе мы поднесем магнит к датчику, тем больше будет напряжение Холла. Это и есть прямолинейная зависимость.

В линейных датчиках Холла выходное напряжение берется сразу с операционного усилителя. То есть в линейных датчиках вы не увидите триггер Шмитта, а также выходного переключающего транзистора. То есть все это будет выглядеть примерно вот так:

О чего же зависит напряжение на гранях А и С? В основном от магнитного поля, создаваемым либо постоянным магнитом, либо электромагнитом; толщиной пластинки, а также силой тока, протекающего через саму пластинку.

Теоретически, если подавать ну очень сильный магнитный поток на датчик Холла, то напряжение Холла будет бесконечно большим? Как бы не так). Выходное напряжение будет лимитировано напряжением питания. То есть график будет выглядеть примерно вот так:

Как вы видите, до какого-то момента у нас идет линейная зависимость выходного напряжения датчика от плотности магнитного потока. Дальнейшее увеличение магнитного потока бесполезно, так как оно достигло напряжения насыщения, которое ограничено напряжением питанием самого датчика Холла.

Благодаря этим параметрам с помощью датчика Холла были построены приборы, позволяющие замерять силу тока в проводнике, не касаясь самого провода, например, токовые клещи.

Существуют также приборы, с помощью которых можно замерять напряженность магнитного поля. Датчики Холла, используемые в этих приборах, называют линейными, так как напряжение на датчике Холла прямо пропорционально плотности магнитного потока.

Линейные датчики, как я уже сказал, могут быть использованы в токовых клещах. Они позволяют измерять силу тока, начиная от 250 мА и до нескольких тысяч Ампер. Самым большим преимуществом в таких токовых клещах является отсутствие механического контакта с измеряемой цепью. Иными словами, токовые измерители на эффекте Холла намного безопаснее, чем измерители на основе шунта и амперметра, особенно при большой силе тока в цепи, которую нередко можно встретить в промышленных установках.

Цифровые датчики Холла

Как только наступила эра цифровой элек троники, в один корпус вместе с датчиком Холла стали помещать различные логические элементы. Самый простой датчик Холла на триггере Шмитта мы уже рассмотрели выше и он выглядит вот так:

По сути такой датчик имеет только два состояние на выходе. Либо сигнал есть (логическая единица), либо его нет (логический ноль). Гистерезис на триггере Шмитта просто устраняет частые переключения, поэтому в цифровых датчиках Холла он используется всегда.

В результате промышленность стала выпускать датчики Холла для цифровой электроники. В основном такие датчики делятся на три вида:

Униполярные

Реагируют только на один магнитный полюс. На противоположный магнитный полюс не обращают никакого внимания. К примеру, подносим южный полюс магнита и датчик сработает. На северный магнитный полюс он реагировать не будет.

Биполярные

Подносим магнит одним полюсом – датчик сработает и будет продолжать работать даже тогда, когда мы уберем магнит от датчика. Для того, чтобы его выключить, нам надо подать на него другую полярность магнита.

Как проверить датчик Холла

Давайте рассмотрим работу цифрового биполярного датчика Холла марки SS41. Выглядит наш подопечный вот так:

Судя по даташиту, на первую ножку подаем плюс питания, на вторую – минус, а с третьей ножки уже снимаем сигнал логической единицы или нуля.

Для этого соберем простейшую схему: светодиод на 3 Вольта, токоограничительный резистор на 1КилоОм и сам датчик Холла.

Теперь цепляемся к нашей схеме от блока питания, выставив на нем 5 Вольт. Минус на средний вывод, а плюс питания – на первый.

У меня под рукой оказался вот такой магнитик:

Чтобы не перепутать полюса, я пометил красным бумажным ценником один из полюсов магнита. Какой именно – я не знаю, так как не имею компаса, с помощью которого можно было бы узнать, где северный полюс, а где южный.

Как только я поднес магнит “красным” полюсом к датчику холла, то у меня светодиод сразу потух.

Переворачиваю магнит другим полюсом, подношу его к датчику Холла и вуаля!

Если магнит не переворачивать, то есть не менять полюса, то светодиод также останется потухшим, потому что датчик биполярный.

А вот и видео работы

Как вы видите на видео, мы с помощью магнита управляем датчиком Холла. Датчик Холла выдает нам два состояния сигнала: сигнал есть – единичка, сигнала нет – ноль. То есть светодиод горит – единичка, светодиод потух – ноль.

Применение датчиков Холла

В настоящее время область применения датчиков Холла очень обширна и с каждым годом становится все шире и шире. Вот основные применения:

Применение линейных датчиков

• датчики тока
• тахометры
• датчики вибрации
• детекторы ферромагнетиков
• датчики угла поворота
• бесконтактные потенциометры
• бесколлекторные двигатели постоянного тока
• датчики расхода
• датчики положения

Применение цифровых датчиков

• датчики частоты вращения
• устройства синхронизации
• датчики систем зажигания автомобилей
• датчики положения
• счетчики импульсов
• датчики положения клапанов
• блокировка дверей
• измерители расхода
• бесконтактные реле
• детекторы приближения
• датчики бумаги (в принтерах)

Заключение

Чем же так хороши датчики Холла? Если соблюдать нормальные рабочие значения напряжения и тока, то теоретически датчика хватит на бесконечное число включений-выключений. Они не имеют электромеханического контакта, который бы изнашивался, в отличие от геркона и электромагнитного реле. В настоящее время они уже почти полностью заменили герконы.