霍尔传感器

使用 55075 设备测试轮齿传感

铁基目标轮最好是冷轧低碳钢,也可以使用烧结金属,但必须谨慎使用,以确保材料成分与密度均衡。

Hamlin 设备是一个自行调节的数码输出轮齿速度传感器。

传感器与轮齿之间的传感距离受众多因素的影响,包括轮齿的尺寸、齿轮铁材等级与传感器至齿轮的排列。通常而言,轮齿和轮槽越大,则传感气隙越大。为获得最佳性能,传感器应尽可能置于与目标更近的位置。其间隙最好小于 1mm。传感器的最大传感间隙可达到 2mm,这取决于齿轮的几何形状。

例如,一般齿轮指引应考虑以下数据:

W = 4mm S = 5mm
T = 6mm G= 1.5mm (通用)
H = 4mm  

对于轮齿尺寸更小的齿轮,传感间隙通常为 0.5 至 1.0mm。作出最终选择之前,最好针对您的特定轮齿,对传感器作出评估。

目标的轮齿和轮槽应小角度斜切,以使目标通过传感器时,从金属转换到空气的突然性最小化。Hamlin 轮齿传感器的典型气隙介于 1-1.5 mm 之间。Hamlin 55075 包含一个内部上拉电阻以用于泄漏输出。

轮齿传感器 55075

很多行业都出现了对传感铁齿轮速度与位置的需求。几十年来,人们一直在寻求将重复性传递轮齿转换为电脉冲。纯粹的机械系统在应用过程中,伴随着磨损及故障等问题,限制其只能用于低速和低负载循环的用途。

霍尔效应轮齿传感利用霍尔元件来传感磁体与传递铁轮齿之间的气隙中出现的磁通变化。通过数字化处理霍尔信号,可获得多项优势。峰值检测、峰值保持与电平比较都通过数字化操作来完成。然后,不确定地记住最后一个轮齿和轮谷关联的最大和最小霍尔信号,而不存在模拟技术中的随意性。然后,电平比较与最后峰值适应。这将形成真正的零速度自适应速度传感器。这将不受定位要求的影响,而且可以降低齿轮速度,直到停止转动。它将在接通电源之后立即检测下一轮齿的第一条边。但是,数字信号处理也带来了量子化的不确定性,速度更大时,这种不确定性更大。如曲轴位置传感器等极度严苛的时间要求可能在高速运转时损害其准确性。为了使用霍尔效应传感器来检测传递轮齿,必须提供磁能的来源。其中一个简单的方法就是安排永磁体,使磁化轴指向轮齿表面。当轮齿在磁体表面移动时,磁通将吸引钢铁结构提供的更低的磁阻路径。

出现此情况时,传感器与轮齿表面之间霍尔元件测得的磁通密度会增加。目前已经开发许多方案及取得部分专利,以利用矢量流场的各种属性及其不断变化的性质,发明零速度霍尔效应轮齿传感器。轮齿规格:

建议运行条件,55075 轮齿。

符号 参数 最小值 最大值 单位 备注
VDD 电源电压 4.75 25.2 V 如未超过 TJ-MAX
VO 输出电压 0 25.2 V  
TS 贮藏温度 -65 105 �C  
TO 运行温度 -40 100 �C 如未超过 TJ-MAX

电气特性,55075 轮齿,TA = -40 至 100�C,VDD = 4.75 至 25.2V,除非另有指定。

符号 参数 最小值 类型 最大值 单位 备注
IDD 电源电流 1.0 -- 6.0 + VDD / 5.6 mA VDD=4.75 至 25.2V
IO 持续输出电流 -- -- 20 mA 运行
VOH 输出高电压 VDD - 2.0 -- VDD V IOUT=0.1mA
VOL 输出低电压 0 -- 600 mV VDD=12V, IOUT=20mA
fO 运行频率 0 -- 15 kHz 输出频率

3 线传感器: 55100, 55110, 55140, 55085

这些传感器利用了 CMOS 技术,包括一个霍尔板、有源稳定电路、比较仪和一个漏极开路输出。闭锁传感器的比较仪和输出之间还包含一个触发器。

输出为低态有源泄漏 - 在多数应用中都需要外部上拉电阻。电源电压与上拉电压不必相同。可以使用 0V 至 24V 的任何标称上拉电压。上拉电阻值仅限于最大过温输出漏电电流 10uA 及最大建议输出电流 20mA。

磁体极性对于霍尔传感器非常重要。闭锁传感器则需要北磁极和南磁极。传感器由南磁极启动(接地输出线),并由北磁极停止。非闭锁“开关”传感器则由南磁极启动。该磁极应显示在传感器的顶部。该顶部即与平板安装侧相对的一侧。部分传感器,例如 55085 舌簧传感器,包含一个磁体。对于这些传感器,则使用铁材舌簧或目标来启动及停止传感器。

此传感器系列运用斩波稳定放大器。此功能针对电源电压、温度与机械压力变化几乎提供恒磁场特性。为了实施此技术,使用了内部振荡器在采样参考及采样有源磁传感器之间切换放大器电路。该振荡期间被称为 TOSC,有数微秒(参见规格)。传感器的数字输出的延迟时间最多为这一数目。这种非常小的延迟在多数用途中无关紧要,而斩波电路提供的稳定性则远胜于这一延迟。

3 线规格

绝对最大额定值,55085、55110、55100 3 线、55140 3 线。

符号 参数 最小值 最大值 单位 备注
VDD 电源电压 -15 28 V 如未超过 TJ-MAX
VO 输出电压 -0.3 26.4 V  
IO 持续输出电流 -- 50 mA 如未超过 TJ-MAX
TS 贮藏温度 -65 105 �C  

建议运行条件,55085、55110、55100 3 线、55140 3 线。

符号 参数 最小值 最大值 单位 备注
VDD 电源电压 3.8 24 V 如未超过 TJ-MAX
VO 输出电压 0 24 V  
IO 持续输出电流 0 20 mA 附注 2
TO 运行温度 -40 100 �C 如未超过 TJ-MAX

电气特性,55085、55110、55100 3 线、55140 3 线(附注 2),TA = -40 至 90�C,VDD = 3.8 至 24.0V,除非另有指明

符号 参数 最小值 类型 最大值 单位 备注
IDD 电源电流 2.3 3 4.2 mA TA=20�C,附注 2
IDD 过温电源电流 1.6 3 5.2 mA 附注 2
VDDZ 电源过压保护 -- 28.5 32 V IDD=20mA,t=20ms
(连同外部电阻一起使用),附注 2
VOL 输出低电压 -- 0.13 0.28 V IOL=20mA,TA=20�C,附注 2
VOL 过温输出低电压 -- 0.13 0.40 V IOL=20mA,附注 2
IOH 输出泄漏电流 -- 0.06 0.1 u A TA = 20�C,输出关闭,附注 2
IOH 过温输出泄漏电流 -- -- 10 u A 输出关闭,VOH=3.8-24V,附注 2
TOSC 内部斩波振荡器期间 -- 16 -- u s  

附注 1: 超出绝对最大额定值的条件可能导致对传感器的永久性损害。不主张超出建议运行条件中所示的功能性运行。处于绝对最大额定条件的时间过长可能影响设备的可靠性。

附注 2: 55110 传感器使用基础霍尔电路,但在输出和 VDD 之间增加了一个 LED 和 2200 Ohm 电阻。输出开启(低)时,该额外电路会增加 IDD,减少可用输出电流 IO,并改变输出特性。一般情况下,55110 传感器不需要额外的外部上拉电阻。

模拟传感器: 55100, 55140

模拟霍尔传感器也使用了 CMOS 技术。该技术使 Hamlin 或客户都可以将客户请求的输出电压预设为一个相关的高斯值。由于传感器可编程,因此,磁场范围、灵敏度、输出电压范围、温度系数和其它功能的选项也都可用。输出值参照电源电压(电源电压比率法)。输出是针对开路电源、地线开路电源或接地电源过压/欠压或电源电压而界定。在运行电压和温度范围内,传感器的总误差率小于 2%。

定制式设计传感器

Hamlin 专注于满足客户的特定要求。Hamlin 内部员工提供全面的工程服务。如有任何相关的特殊要求,请联系我们的本地销售代表或 Hamlin 工厂。

EMC 和 ESD

对于电源线骚扰或辐射骚扰方面的应用,建议使用一个串接电阻和一个电容器。串接电阻和电容器应尽可能安装在接近传感器的位置。与此安排相关的用途遵循产品标准 DIN 40839,通过了 EMC 测试。 注:国际标准 ISO 7637 与产品标准 DIN 40839 相似。


3 线设备


2 线设备

过压保护,不包括 55075

持续电源的绝对最大额定电压为 24 V。如果电源电压超过齐纳电压 28 V,设备的耗电量则会增加。仅可容忍电压在较短时间超过齐纳电压。为了保护霍尔传感器避免过压,要求使用一个外部串接电阻。此串接电阻的电压降会随着电源电流的增加而增加。一个齐纳二极管结合一个(外部)串接电阻用作制动设备,将设备的电源电压限制在齐纳电压范围之内


反向电压保护,不包括 55075

最大反向电压为 -15V。例如,如果设备使用 12 V 的汽车电源,可能未正确连接,但也没有损坏。和过压保护一样,该值也可以通过外部组件来增加。请咨询 Hamlin,了解详情。

温度、电压和电源

和所有固体状态的半导体设备一样,霍尔传感器有一个最大运行结温。运行结温是由传感器消耗的电源(电压乘以电流)、封装的热阻、安装配置的散热效果、任何气流和环境(空气)温度决定的。由于内部电源消耗和自加热,电源电压较高时,可能需要降低最大运行温度,以将结温限制在一个可接受的值。

ESD 预防措施

Hamlin 半导体产品对静电释放 (ESD) 非常敏感。处理我们的霍尔效应传感器时,请始终遵循 ESD 控制程序。

常见问题解答

问: HAMLIN 自身制造霍尔元件吗?


答:不,HAMLIN 与 Micronas 达成协议,选择该公司作为霍尔效应 IC 首选供应商。但是,如果客户特别要求或技术解决方案需要,并不排除使用其它声誉好的霍尔效应供应商。

问:我们在磁体和传感器之间实现多大的传感距离?

答:相关距离取决于磁路内部及周围的环境。相关因素为磁体的特性、铁材料的使用和其它磁场。HAMLIN 在其霍尔传感器数据表中显示了通用运行值,可用作指引。这些值是以使用我们的标准霍尔传感器制动器为基础的。其它磁体设计可能有各自的特性。请随时联系 HAMLIN 技术支持,获得帮助。

问:HAMLIN 的霍尔传感器是否提供多种灵敏度?

答:HAMLIN 提供高、中和低灵敏度的霍尔传感器。请参阅我们的独立规格表 1 中的独立数据表。如果我们的标准选择不符合特定用途的要求,我们还可以提供定制式变量。

问:HAMLIN 霍尔传感器的最大运行速度是多少?

答:霍尔效应传感器的切换速度比许多机械传感用途的要求更快。该传感器将稳定地以高达 10kHz 的速度切换。轮齿传感器的工作频率更高。请参阅传感器特定数据,了解详情。

问:我安装 HAMLIN 霍尔传感器时,是否有必要担心传感器或磁体的定位?

答:HAMLIN 霍尔传感器的传感面标示在数据表中。Hamlin 数字产品专为使用操作磁体的南磁极而设计。当然,闭锁霍尔使用两个磁极,而模拟霍尔则使用两个磁极或一个磁极操作。

问:以运行次数计,HAMLIN 霍尔传感器的预期运行寿命是多少?

答:HAMLIN 霍尔传感器是一种固态设备,没有活动零件,因此,如果不超越霍尔效应电气负载额定值及其结温,则其实际运行寿命不受限制。

问: 我如何知道是磁簧开关,还是霍尔效应传感器更适合特定用途?

答: 尽管它们都是磁性近接传感器,霍尔效应传感器与磁簧传感器在工作方式上存在显著区别。磁簧传感器是一种机械开关,其贵金属触点密封在一个小玻璃管内。磁簧传感器有一个数字输出,没有模拟功能。磁簧开关可通过偏磁来获得闭锁版本。霍尔效应传感器是一种固态设备,没有活动零件。Hamlin 使用的霍尔效应传感器有 3 类输出选项:数字、闭锁和模拟。每一项技术都有其优点和不足。如果你有以下要求,霍尔效应传感器可能比磁簧传感器更有优势:

  • 无限寿命及快速运行。例如,如果您有自旋磁应用需求,而且循环率小于 1000 Hz,则磁簧传感器更合适。如果循环率最多为 10KHz,则霍尔效应将可实现远远多于十亿次的运行循环。相比其它电动设备而言,磁簧传感器的使用寿命通常比较长。对于许多逻辑电平电气负载而言,磁簧传感器可以实现十亿次循环的运行。
  • 您需要无振动开关。
  • 霍尔传感器是轮齿速度传感或旋转位置传感的绝佳选择。磁簧传感器用作轮齿传感器时,比较难偏磁及获得长期的稳定性。

如果您有以下要求,磁簧传感器可能优于霍尔效应传感器:

  • 您需要一个无需电源的两线设备。
  • 您需要防 ESD,而且要求目标价格比较低。
  • 特殊磁簧传感器在低电流情况下的有效切换电压可高达 240 Vac。霍尔设备通常限于 5 至 24Vd,及小于 50mA

问: 您建议我使用哪一类材料来运行 HAMLIN 舌簧传感器?

答: 低碳钢,为软磁材料,是用于高度校准的舌簧应用最出色的铁材料。冷轧钢也可接受,但问题是其顽磁性可能导致无法为您的传感器提供可接受的制动重复性。

问: HAMLIN 舌簧传感器用于光遮断器是否有任何优势?

答: 有一些潜在优势,这取决于您具体的用途。光遮断器对可能抑制光检测的污染非常敏感。在此环境内,可靠性会是一个问题。霍尔效应舌簧传感器不受尘土、污垢和油脂影响。2. 我们还建议利用铁材料舌簧传感器在高温下的稳定性。HAMLIN 提供标准舌簧传感器,最大运行温度高达 100°C,部署特殊的额外功能后可达到更高温度。

界面,信号条件,干扰

问: 我刚刚收到一个 HAMLIN 霍尔效应传感器,但我无法确定如何从中获得信号。我该如何办?

答: HAMLIN 的霍尔传感器使用泄漏输出,通常还被称为“开集输出”。对于泄漏输出,您需要选择一个合适的外部上拉电阻来连接 Vdd 与 Vout。如果您对传感器连接有任何疑问,请联系 HAMLIN 技术支持获得帮助。

问: HAMLIN 霍尔传感器对 ESD 是否敏感?

答: HAMLIN 霍尔传感器对 ESD 敏感。处理未接地的传感器时,需采取常规 ESD 预防措施。

 

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