Установка печи на даче своими руками. Как построить печи для дачи своими руками: чертежи и особенности монтажа

Установка печи-камина для отопления дома, требования к монтажу

При строительстве дома перед планировщиком обязательно станет вопрос обеспечения отопления. В черте города или в крупных населенных пунктах широко применяется газовое оборудование, так как способствует этому близкое расположение магистрали и относительно низкая стоимость самого топлива. Альтернативой такой системе может служить электроэнергия или энергия горения дров и угля.

Использование электричества для отопления помещения не всегда оправдано в силу его итоговой стоимости, а частые перебои с электричеством чреваты неприятным времяпровождением в холодном помещении.

На основании подобных рассуждений в домах, находящихся далеко от крупных населенных пунктов, или в дачных домиках используется старое доброе печное отопление. Но современные печи совершенно не схожи с теми, которые мы помним из своего детства. Они прошли несколько этапов модернизации и отличаются высокими показателями. В данном вопросе мы не рассматриваем кирпичные печи, так как их применение не всегда уместно, строительство сопровождается затратами сил, средств и времени, существуют более эффективные для отопления устройства.

Металлические готовые печи – это устройства, совмещающие в себе функции камина, варочной плиты, духовки и, непосредственно, самой печи. Они настолько эффективны, что могут выступать в роли единственного в доме обогревателя. Отличительной чертой является то, что металлическая печь-камин занимает небольшую площадь и не требует заливки фундамента. Богатство выбора различных способов внешней отделки позволит подобрать для любого интерьера модель, обеспечивающую единую гармоничную картину.

Некоторые требования по установке

Легкость монтажа, которая позиционируется, как основная отличительная черта готовых металлических печей, не стоит воспринимать буквально. Функциональные требования и требования пожарной безопасности накладывают определенные ограничения:

  1. Во-первых, каждая модель устройства снабжается техническим паспортом, в котором имеется инструкция по установке.
  2. Во-вторых, существуют общепринятые нормы и их выполнение обязательно для безопасной и эффективной эксплуатации печи.

Металлические стенки топки и корпуса печи способствуют эффективному отводу тепла в комнату. В связи с этим корпус имеет высокую температуру и не может быть установлен вплотную к стене, особенно если она отделана воспламеняющимися или плавящимися материалами.

Минимальный зазор от корпуса до стены задает завод-изготовитель. В среднем, он составляет около 20 см от боковых и задней стенок печи. Чтобы обезопасить жилище от пожара и отвести тепло от стен внутрь помещения, поверхность отделывают теплоизоляционным материалом. Воздух обладает плохой теплопроводностью, поэтому нагревание поверхности стен происходит от излучения. Отлично отражает инфракрасные лучи фольгированный материал.

Допускается также отделка стен кафелем или рядом из кирпича. Однако кирпичная защита потребует возведения полноценного фундамента.

Существенные требования предъявляются и к напольному покрытию:

  • Проблема заключается в том, что монтаж печи-камина может сопровождаться частичной разборкой пола. Хотя масса конструкции невелика, чтобы предотвратить деформацию лаг при длительном ее воздействии придется в месте локализации печи под лаги поставить дополнительные опоры.
  • Напольное покрытие должно быть защищено от действия повышенных температур и от случайного падения вылетевших горячих углей. В моделях с закрытой топкой эта вероятность минимальна, но необходимо защититься от любой опасной ситуации. В качестве термозащиты пола используется огнеупорное стекло, кафель, металл или асбест. Площадь основания должна быть больше, чем площадь каминного пода. От фасада защита выступает на 50 см, а от боковых стенок – на 30 см.

Строительство дымохода является обязательным этапом, которым характеризуется установка печи-камина на даче. Чтобы подчеркнуть важность этого этапа, необходимо напомнить, что дымоход является конструктивным способом выведения продуктов сгорания, обеспечивает циркуляцию и подачу воздуха в камеру сгорания. Основным требованием к дымоходу (кроме пожарной безопасности) является наличие тяги.

Часто из-за скопления холодного воздуха в трубе тяга отсутствует при розжиге печи. Приходится прогревать дымоход, тратить на это время. Чтобы избежать подобного явления, рекомендуется в качестве трубы использовать двухслойную систему с изоляцией. Особенно это актуально, когда дымовой канал сразу после дымосборника выходит на улицу.

На этом требования не заканчиваются. Учитывая то, что трубы дымохода могут разогреваться до высокой температуры, следует обеспечить ее изоляцию в месте, где она проходит через отверстие в потолке и в кровле. Выполнить такую изоляцию можно несколькими способами:

  • На место прорези устанавливаем вставку из металла или асбеста с отверстием под трубу. Такая защита достаточно надежна, но не эстетична, так как вставка занимает большую площадь.
  • Можно отверстие в перекрытии сделать лишь на несколько сантиметров больше диаметра трубы, а получившийся зазор наполнить минеральной теплозащитной ватой.

На открытой части установка дымохода определяется расстоянием от трубы до конька. Некоторые производители печей публикуют информацию о необходимой высоте дымохода, так как она зависит от некоторых свойств печи. Универсальными показателями будут служить следующие положения:

  • На расстоянии не больше 1,5 м от конька дымоход возводится на 1 м.
  • При удалении от конька высота дымохода ограничивается линией, проведенной через конек под углом 10°С градусов к горизонтали.
  • Обязателен монтаж защитного колпака.
Читайте также:
Штукатурное правило: как выбрать инструмент

Обвязка печи

В редких случаях обогрев комнаты печью происходит за счет конвекционных потоков. Сам статус устройства подразумевает максимально эффективное использование освобожденной энергии. Поэтому система отопления снабжается теплоносителем, в качестве которого может выступать вода, циркулирующая по трубам, или воздух, движущийся под действием принудительной конвекции. Подсоединение каналов теплоносителя к печи называется обвязкой.

Некоторые проблемы, связанные с установкой печи-камина, сосредоточены именно в некорректном монтаже магистрали. При водяном отоплении циркуляцию обеспечивает насос или она осуществляется за счет естественной конвекции. Во втором случае важно соблюдать определенный наклон магистрали, так как обратный наклон приведет к застою жидкости. В закрытой системе отопления (1-й случай) наклон не имеет значения, зато система предъявляет жесткие требования по герметичности. Даже небольшое количество попавшего воздуха остановит циркуляцию.

Водяной контур, которым снабжена печь-камин, имеет вход и выход для подключения к магистрали. Если они специально не обозначены, то необходимо запомнить, что выход горячей воды расположен ниже входа холодной.

Обвязка воздуховода не представляет сложности, однако укладка магистрали под панели или облицовка гипсокартоном – трудоемкий процесс. Печь, использующая воздух в качестве теплоносителя, снабжается системой вентиляторов, которая гонит воздух по магистрали. Регулируя заслонками подачу, можно направлять тепло выборочно в разные комнаты.

Монтаж кирпичной конструкции

Если был сделан выбор в пользу классической печи, то следует помнить, что строительство должно не только соответствовать требованиям безопасности, но и некоторым техническим требованиям. Еще до развития информатизации общества считалось, что подобные работы недоступны для людей, которые не имеют специальной подготовки. Поэтому профессия печника считалась одной из самых редких и востребованных.

Сегодня легко найти пошаговые инструкции, которые помогут получить функциональное устройство своими руками. Однако, по сравнению с монтажом готовых устройств, строительство кирпичной печки займет больше времени. Перечислим лишь основные этапы, так как подробные инструкции доступны в разделах под названием «готовые проекты».

Начинаются работы с определения размеров конструкции. От них будет зависеть площадь фундамента. После заливки основания с помощью специальной схемы-порядовки выкладывается корпус печи с основными ее узлами. Чтобы оценить труд профессионалов, которые поделились всей информацией, нужно знать, что в зависимости от площади помещения каждая печь имеет свои габариты. Производится расчет таких параметров, как высота, ширина и глубина топки, габариты корпуса, высота дымохода, площадь дымного канала.

Сегодня мало кто из начинающих мастеров занимается сложными расчетами, так как все данные представлены в готовом табличном виде. Выкладывая каждый ряд, получаем сформированный зольник, топку, дымовой зуб и дымосборник. Это всего лишь простая схема камина, печь же имеет систему каналов для дымохода. В этих каналах горячий воздух отдает максимально возможную долю энергии корпусу печки. Выполнить строительство этой части без схемы практически невозможно.

Как установить железную печь на даче?

Правила установки печи в дачном доме

Установка печи в дачном доме проводится согласно нормативам пожарной безопасности. Предпочтение отдается металлическим агрегатам, поскольку они имеют высокие технические характеристики. Особое значение представляет монтаж оборудования. Правильная установка печи своими руками позволит повысить КПД прибора и обеспечит надежность его работы.

Виды металлических печей

В зависимости от материала изготовления, печи бывают:

  • Из низкоуглеродистой стали
  • Из чугуна

Печи из стали имеют небольшой вес. При толщине металла до 5 мм, масса изделия составляет не более 100 кг. Благодаря этому, установка печи в дачном доме проводится непосредственно на деревянный пол, который только покрывается негорючими материалами. Второе преимущество — это низкая цена конструкции. Но есть и недостаток: такая печь эксплуатируется не более 12 лет. За это время стенки прогорают. В целях продления срока службы, наиболее ответственные места ужесточаются нержавеющей сталью.

Пример установленной железной печи и облицовка ее кирпичом

Срок службы чугунных печей составляет 25 лет. Однако углеродистый материал очень хрупкий, поэтому стенки имеют значительную толщину.

Конструктивные особенности

Печи—камины. Прозрачное окно выполняет 2 функции. Через него можно наблюдать за пламенем и контролировать степень сгорания дров. При этом огонь не достает до стекла, и оно не пачкается.

С теплообменником. Такая металлическая печь в дачном доме устанавливается при наличии нескольких комнат. Оборудование подключается к водяному контуру, который охватывает все помещение.

Читайте также:
Советы - читать статьи о ремонте и отделочных работах

Пиролизные. Другое название — газогенераторы. Топливом для них является дрова. Здесь устранен главный недостаток — быстрое сгорание топлива. При слабой подаче воздуха дерево тлеет. Образующийся пиролизный газ поступает в следующую камеру. Сюда же подается воздух. Смешиваясь с ним, происходит вторичное возгорание и выделение дополнительного тепла. Тление топлива можно растягивать во времени без уменьшения КПД. Время работы отопительной печи достигает 12 часов.

Конвекционные. Это пиролезные конструкции, дополнительно оборудованные трубами большого диаметра. Они открыты с двух торцов и проходят через топку. Во время разогрева в них зарождаются конвекционные потоки.

Выбор металлической печи

Для того чтобы правильно выбрать железную печь, нужно определиться с показателями:

  • С какой скоростью будет нагреваться площадь.
  • Какая на даче должна поддерживаться максимальная и минимальная температура.
  • Габариты агрегата и размер топки.
  • Из какого материала изготовлено оборудование.
  • Конструкция дверцы.
  • Удобство при эксплуатации и обслуживании.
  • Варианты облицовки.

Иногда облицовка укладывается для декорации. В таком случае она может легко сниматься и заменяться новой. В случае применения талькохлорита и керамики, увеличивается прогрев оборудования и время отдачи тепла.

Место под установку

Важно не только знать, как установить печь на даче своими руками, но и правильно выбрать ее месторасположение. Тепло от установленной печи распространяется не только конвекционными потоками, но исходит и от ее стенок.

Место для установки печи-камина на даче разрабатывается при проектировании здания. Для того чтобы правильно поставить агрегат, нужно учесть расположение проемов дверей и окон. Тогда можно понять направления движения воздушных потоков

Облицовка железной печи кирпичом

Пожарная безопасность

Помимо правильной установки печи, нужно провести монтаж в соответствии с нормами пожарной безопасности. В особенности если дача построена из дерева.

Устанавливая печь своими руками, нужно придерживаться следующих правил:

  • Пол выстилается негорючими материалами. Место покрывается бетоном, керамической плиткой или железным листом. Параметры этого места должны превышать габариты печи на
  • Ближайшие стены или мебель тоже отделяются негорючим материалом. Например, листом асбеста. Тогда минимальное расстояние от горячей печи до стены может составлять 20 см.
  • Если изолирующий материал отсутствует, то расстояние увеличивается до 1 метра.
  • Система дымохода оборудуется защитными элементами. Они предохраняют проход от засорения и гнездования птицами.
  • Размер расстояния от потолка до верхней поверхности корпуса оборудования —1,2 метра.
  • Желательно прибор оградить забором декоративного вида.
  • Если в стенах делаются проходы для обогрева рядом расположенных комнат, то при работе должны быть использованы жаропрочные материалы.

Подготовка к установке

Оборудование дачи печным отоплением своими руками начинается с подготовки:

  • Ближайшие к прибору стены и пол покрываются керамической плиткой.
  • Если пол деревянный, то на первом этапе на него кладется гипсокартон. Затем саморезами крепится керамическая плитка. Сверху наносится слой грунтовки, и высыхание идет в течение суток.
  • Если основание бетонное, то плитка кладется сразу на клей.
  • При использовании плиточного клея применяется зубчатый шпатель. Слой керамики выкладывается с использованием уровня.
  • Плитка кладется встык или с зазором с использованием строительных крестиков.
  • После застывания раствора крестики убираются и стыки затираются.
  • Плитка на стены укладывается по той же технологии.

Схема примера установки печи в бане

Установка печи

  • На подготовленное место ведется монтаж печи. Оборудование поступает с документацией и необходимыми деталями для установки. Основную сложность представляет поэтапное формирование дымохода:
  • Направление трубы может быть горизонтальное или вертикальное. Выход идет через стену или потолок.
  • Применяются двустенные трубы, между которыми должна быть проложена базальтовая вата. Ведется сборка системы труб дымохода и рассчитывается месторасположение отверстия в стене или потолке.
  • К верхней части корпуса монтируется труба дымохода.
  • Для регулировки тяги устанавливается шибер.
  • В случае расположения трубы под углом используется полуотвод.
  • К потолку крепится лист металла. В нем изготавливается отверстие, равное диаметру трубы.
  • Пропускается сквозь него дымоход, а в свободное пространство (с боков) вставляется базальтовая вата.
  • Если выход дымохода планируется в стену, то снаружи крепится тройник. В него вставляется вертикальная труба и он фиксируется хомутами к стене дома. Снизу монтируется дифлектор для сбора мусора.

Облицовка кирпичом

Чтобы избавиться от жесткого излучение металла, печь может облицовываться кирпичом. Работы проводятся в следующем порядке:

  • Необходим силовой расчет пола. Вес конструкции достигает 0,5 тонны.
  • Расстояние между металлической стеной и кирпичной кладкой составляет до 8 см.
  • Если пол деревянный, на него укладывается железный лист толщиной 4 мм и асбест.
  • Бетонный пол дополнительной подготовки не требует.
  • Толщина стенки — полкирпича. Кладется он на раствор цемента с песком.
  • В каждом ряду оставляются отверстия на высоту кирпича для воздухообмена.
Читайте также:
Угловая струбцина и другие зажимные устройства

Процесс установки печи на даче своими руками требует определенных навыков. Предварительно следует провести расчет и компоновку. Зная необходимые параметры, необходимо приобрести оборудование и заняться его установкой.

Установка печи на даче

В частном доме печь становится центром, вокруг которого происходит все остальное. Но при ее установке важно соблюдать требования мер безопасности, поскольку этот объект внутреннего убранства дома это источник повышенной опасности.

Где лучше поставить печь в доме

Устанавливая в дачном доме печь, учитывайте основные характеристики, принципы обогрева помещения и подвод дымохода в дальнейшем. Кроме того, эту конструкцию рекомендуется устанавливать так, чтобы обеспечить возможность подойти к ней со всех сторон.

Поскольку печь нагревается, она должна быть далеко от материалов, которые способны воспламениться – установка так называемых пожарных разрывов.

В основе работы печей лежат следующие принципы:

  • если она обогревает дом за счет нагрева воздуха, то ее следует разместить так, чтобы конвекционные потоки распространялись по дому беспрепятственно. Если она обогревает помещения разделенные перегородками, то ее необходимо встроить в них, чтобы стороны печи выходили в разные комнаты. Эту задачу решает установка воздуховодов;
  • если она подключена к системе водяного отопления, то контур располагается так, чтобы она в системе располагалась ниже всего;
  • при установке печки учитывайте, что выбрать нужно такое место, чтобы монтаж печной трубы был не затруднен;
  • требуется свободный доступ для прохода к печке для растопки и периодической чистки, в частности, закладываются достаточные расстояния от топки и заслонки до стены, чтобы было удобно открывать;
  • противопожарные разрывы устанавливаются шириной до 11-13 см, а со стороны дверцы –12,5 и более см.

При установке кирпичных печей требуется заливка массивного фундамента, если устанавливается металлическая конструкция, чтобы понять, нужен ли фундамент под металлическую печь в доме, ориентируйтесь на ее вес:

  • если вся печка весит менее 80 кг, то достаточно будет предусмотреть прочное негорючее основание;
  • при весе от 80 до 750 кг желательно устанавливать на бетонную подушку. С таким весом конструкции фундамент желателен;
  • для установки металлических печей весом свыше 750 кг в деревянном доме фундамент необходим.

Какие могут быть виды фундаментов в деревянном доме:

  • на столбах или сваях. Такие основания легко устанавливать самостоятельно, они просты при монтаже и не требуют большого количества затрат. Но такая конструкция не выдержит печь большого размера, а сваи будут проводить холод, поэтому необходимо предусмотреть теплоизоляцию;
  • на бетонном основании устанавливается чаще всего. В этом случае заливается монолит из бетона, верхняя площадь которого немного больше площади основания печи. Такое основание может вынести практически любую нагрузку, но ее установка требует большего времени, усилий и затрат.

Как установить печь в деревянном доме

Ее можно установить далеко не в любом месте дома, и конструкцию часто определяет то, как установить печь правильно.

Когда устанавливается кирпичная печь, ее фундамент нужно проектировать и закладывать на начальных этапах строительство совместно с заливкой основного фундамента. При средних размерах вся печка не будет весить меньше 300 кг, значит, фундаментное основание нужно заливать целым монолитом. Иначе она под своим весом будет уходить в пол. Если же дом уже возведен, и настелены полы, то придется их демонтировать, чтобы залить фундамент для печи.

При установке бетонного монолита необходимо провести такой порядок работ:

  • выкопать полость до 25 см;
  • в эту полость засыпается смесь песка и гравия в качестве основания;
  • и уже на подушку заливается армированный фундамент.

Только при такой установке фундамент прослужит долго. Также нужно учесть, что основание фундамента рекомендуется закладывать больше, чем основание печи – нужно будет с каждой стороны добавлять не менее 10 см. Например, если у печи стороны основания 2 метра и 1 метр, то стороны верхней части фундамента должны быть не менее 2,2х1,2 м.

Выбирая место под печь необходимо учесть следующие факторы:

  • она должна располагаться у стены, которая находится напротив входной двери. Так будет обеспечен необходимый приток свежего воздуха в достаточном количестве;
  • если ее располагать ближе к стене, то стену нужно обшить негорючими материалами. Чаще делают фартук высотой не менее 2 м из керамической плитки;
  • любые элементы, подверженные сильному нагреву, необходимо укутать негорючими теплоизоляционными материалами, в том числе и дымоход;
  • если дом большой, особенно если он состоит из нескольких этажей, одно печи может не хватить. Тогда можно совместить конструкции, устанавливая на первом этаже большие печи из кирпича, а на втором – маленькие из металла.
Читайте также:
Токарный станок 1К62 – технические характеристики, паспорт, устройство

Как правильно установить металлическую печь

Устанавливая металлическую печь в доме необходимо учитывать такие особенности размещения:

  • для обеспечения достаточного обогрева помещений большое значение придается техническим характеристикам. Следует помнить, то тепло передается не только благодаря конвекционным воздушным потокам, но и за счет изучения, которое исходит от стенок нагретого устройства;
  • в этом плане кирпичная печь безопаснее, поскольку ее стены меньше нагреваются. При обычном нагреве их температура редко превышает 90 градусов, а накопленное тепло медленнее расходуется. По этому причине кирпичная печь дольше держит тепло. Металлические печи в этом плане менее безопасны и эффективны. Они быстро нагреваются до высоких температур и также быстро остывают. Стены их могут нагреваться до температур выше 500 градусов;
  • поскольку металлическая печь легче, чем кирпичная и представляет собой единую конструкцию, которую можно передвинуть, то монтировать ее можно как во время строительства, так и после. При определении места для монтажа необходимо ориентировать на расположение дверей и окон. Так можно учесть движение холодных масс воздуха;
  • до того, как будет производиться монтаж печи, нужно определить оборудовать место для топлива. Часто в деревенских домах топливо располагают перед дверцей в непосредственной близости, но можно предусмотреть и иной вариант планировки. Главное, чтобы путь подноски топлива и место его хранения были удобными.

Учитывая эти рекомендации, выбирайте оптимальную конструкцию печи, материал для возведения и учесть особенности места расположения.

Эффект Холла. Виды и применения. Работа и особенности

В 1879 году американский физик Эдвин Холл провел эксперимент, пропустив магнитный поток через тонкую пластину из золота. В ходе эксперимента он обнаружил возникновение на краях пластины разности потенциалов, образовался эффект Холла.

Что такое эффект Холла

Если поместить в магнитное поле пластину-проводник или полупроводник под 90° к направлению силовых линий магнитного потока, электроны в пластине под действием силы Лоренца начнут смещаться по поперечине этой пластины. Направление смещения электронов зависит от направления силы тока и направления силовых линий магнитного потока. Иносказательно эффект Холла (ЭХ) – это частный случай действия силы Лоренца, то есть действия магнитного поля на заряженную частицу.

Вот как это выглядит простейшим образом на примере. Представьте, что пластина расположена к нам торцом, а ее кромка смотрит вниз. Эта пластина сделана из металла, оба ее торца подключены к источнику питания, задний торец на минус, передний на плюс.

В нашем воображаемом случае электрический ток будет двигаться по направлению к нам, то есть в нашу сторону, откуда мы наблюдаем. Справа и слева от пластины мы видим два магнита. Магнит справа обращен к пластине северным полюсом, а тот что слева обращен к пластине южным полюсом. Таким образом, в нашем случае силовые линии магнитного поля идут справа налево, поскольку всегда выходят из северного полюса и входят в южный. Силовые линии будут отклонять электроны, проходящие по пластине к ее верхней кромке.

Если мы поменяем направление тока в пластине, поменяв местами проводники, электроны начнут отклоняться вниз. Если мы не будем менять направление электрического тока, а поменяем полюса магнитов, электроны будут сдвигаться вниз. А поменять и то, и другое, сила Лоренца будет перемещать электроны вверх.

Итак, становится видно, что на одной из кромок нашей пластины под действием силы Лоренца копится отрицательный заряд, а на противоположной кромке – положительный. Наблюдается разность потенциалов между двумя кромками пластины, а другими словами – электрическое напряжение. Разность будет увеличиваться до тех пор, пока не уравновесит силу Лоренца. Разность потенциалов, возникающая конкретно в таких случаях, называется напряжением Холла и рассчитывается по формуле:

UХолл=−IB/et

Где I – сила тока, B – вектор магнитной индукции, e – заряд электрона, p – количество электронов в единице объема, t – толщина пластины.

Аномальный ЭХ

Бывают случаи, когда ЭХ обнаруживается в пластине без пропускания через нее магнитного потока. Это может происходить только тогда, когда нарушается симметрия по отношению к обращению времени в системе. В частности, аномальный ЭХ способен проявляться в намагниченных материалах.

Квантовый ЭХ

В двумерных газах, у которых среднее расстояние между частицами уменьшено до соизмеримых с длиной де Бройля на зависимости поперечного сопротивления к воздействию магнитного поля возникают плато сопротивления в поперечине. ЭХ квантуется только в сильных магнитных полях.

В магнитных потоках с еще большей силой индукции обнаруживается дробный квантовый ЭХ. Он взаимосвязан с перестроением внутренней структуры двумерной электронной жидкости.

Спиновый ЭХ

СЭХ можно наблюдать на не намагниченных проводниках, не помещенных в поле действия силовых линий магнита. Эффект заключается в отклонении электронов с антипараллельными спинами к противоположным краям пластины.

Читайте также:
Что значит класс отжима в стиральной машине
Применения

Эффект холла применяется для изучения особенностей полупроводников. С помощью него можно вычислить количество носителей заряда на единицу объема, а также их подвижность. В частности, пользуясь эффектом Холла можно отличить электрон от квазичастицы с положительным зарядом.

ЭХ послужил фундаментом для разработки датчиков Холла. Эта аппаратура измеряет напряженность магнитного поля. Такие датчики активно применяются для построения моторов со следящим приводом. В них они исполняют роль датчика обратной связи. Они измеряют угол поворота вала мотора.

Также датчики Холла устанавливаются в электростартерах ДВС, охлаждающие системы ПК, навигационных системах мобильных телефонов, применяются в измерительных приборах для вычисления количества заряда.

Как используется эффект Холла: принципы явления и способы применения

28 сентября 2018

Время на чтение:

Изучение влияния друг на друга электричества и магнетизма привело к открытию явления, названого впоследствии именем его исследователя, эффектом Холла. Благодаря экспериментам учёного был создан датчик, получивший широкое применение в электрических схемах. Его используют в мобильной и бытовой технике совместно с двигателями, в измерительном оборудовании за счет способности преобразовывать магнитную индукцию в разность потенциалов.

Открытие эффекта Холла

Будущий физик Эдвин Герберт Холл родился в американском городе Горем в 1855 году. Получив начальное образование, он в 1875 году поступил в университет, где и ставил свои первые эксперименты. Так, изучая труды Максвелла об электричестве и магнетизме, Холл заинтересовался двумя фактами.

Первый заключался в том, что силы, возникающие в проводнике, расположенном поперечно линиям магнитной индукции, прикладываются непосредственно к веществу. Второй же сообщал, что значение этих сил зависит от скорости движения зарядов. В 1879 году вышла статья учёного Эдмунда Холла, доказывающая факт, что магнитное поле действует с одинаковым усилием как на подвешенный, так и зафиксированный объект.

Анализируя, какая сила может управлять движением заряженных частиц, он пришёл к выводу, что это может быть только напряжение. Для первого опыта физик использовал согнутую в спираль проволоку зажатую между диэлектриков. Эту конструкцию он поместил между двумя магнитами и запитал её от химического элемента тока. В качестве регистратора использовался мост Витстона с гальванометром Кельвина. В совокупности было проведено около тринадцати экспериментов и более четырёхсот измерений с разными условиями. Результатами экспериментов стало утверждение, что магнитный поток может изменять сопротивление материала.

По совету профессора Роуланда было выработано направление нового эксперимента, заключающее в следующем:

  1. К проводящей пластине подводился электрический ток.
  2. Гальванометр подключался к краям проводника.
  3. Включался электромагнит так, чтобы линии напряжённости поля лежали перпендикулярно плоскости пластины.

Предполагалось обнаружить условия для изменения протекания тока. Но опыт не получался, пока в качестве пластины не попробовали использовать тонкий лист из золота. Поставленный новый опыт оказался удачным. Гальванометр чётко зафиксировал появившееся напряжение.

В результате был обнаружено, что при подаче на проводник электрического тока заряд в ней распределяется равномерно по всей её поверхности.

Но как только на пластину воздействует магнитное поле, линии индукции которой перпендикулярны направлению тока, заряд перераспределяется к краям, и возникает разность потенциалов. В этом и заключается эффект Холла, на базе которого были после построены одноимённые датчики.

Физико-математическое определение

Эффект Холла — это явление, которое можно наблюдать при помещении вещества проводящего электрический ток под действие магнитного поля. Физик Холл открыл, что в проводнике, при пропускании по нему постоянного тока появляется электродвижущая сила (ЭДС) если его поместить в поперечное магнитное поле. Физически это обозначает возникновение напряжения на боковых гранях проводящего вещества при поднесении к нему магнита. Используя это, можно регистрировать магнитное излучение. Возникшее напряжение зависит от трёх факторов:

  • силы тока;
  • напряжённости поля;
  • типа проводника.

Сила, с которой электромагнитное поле действует на точечный заряд в веществе, называется силой Лоренца. Частным её случаем является сила Ампера. Математически напряжённость электрического поля описывается выражением:

E h = R*H*j*sinα, где:

  • H — напряжённость магнитного поля;
  • j — плотность тока;
  • α — векторный угол между силовыми линиями H и j;
  • R — постоянная Холла.

Если к пластине прямоугольной формы, имеющую длину L, которая намного будет превышать ширину b и толщину d, подвести ток, то его значение будет определяться формулой: I = j*b*d. Когда же её переместить в магнитное поле, направленное перпендикулярно этому току, то на боковых гранях пластины возникнет ЭДС, равная:

V h = E h* b = R*H*I/d.

Так как эффект объясняется влиянием поля на элементарные частички (дырки или электроны) то сила действующая на них описывается законом Лоренца: F =e * [H*υ], где υ — усреднённая скорость носителей зарядов, зависящая от концентрации и величины носителей. Под влиянием этой силы носители начинают прижиматься к боковым поверхностям пластины перпендикулярно j и H. Там они накапливаются, и возникает явление Холла, уравновешивающее силу Лоренца.

Читайте также:
Чем отличается бойлер от водонагревателя?

При этом коэффициент Холла равен: R = 1/n*e. Например, для металлов он составляет около 10 -3 см 3 /Кл, а у полупроводников от 10 до 10 5 см 3 /Кл.

Постоянную Холла также можно выразить через способность носителей заряда реагировать на внешнее воздействие (подвижность). Так, она равна: R = µ/σ, где: µ — дрейфовая скорость носителей, а σ — удельная электропроводность. Но это в большей мере справедливо для поликристаллов. В то же время для анизотропных проводников будет верней формула: R = r/e*n. Здесь r принимается равной единице и обозначает оценку силы магнитного поля.

Разновидности явления

По мере исследования эффекта был обнаружен ряд особенностей появления электрического поля, отличающий от классического понимания. Так, учёными были выявлены факторы, приводящие к появлению напряжения без пропускания через пластинку тока. Такие явления получили название:

  • аномальное;
  • квантовое;
  • спиновое.

Для аномального эффекта необходимым условием является нарушение T-симметрии, то есть уравнений, описывающих физические законы при обращении времени. Наиболее часто этот эффект наблюдается в материалах, имеющих остаточную намагниченность (ферромагнетики).

Квантовое же отклонение возникает в квазидвумерном электронном газе, где пренебрегают кулоновским взаимодействием. В нём носители заряда обладают слабой связью с ионами кристаллической решётки. В такой системе работают законы квантовых теорий.

При этом чем сильнее магнитное поле, тем более выражено дробное явление Холла, связанное с трансформированием структуры всего электронного газа.

В 1971 году учёные Дьяконов и Перель, изучающие механизм спиновой релаксации, обнаружили, что перпендикулярно направлению линий электромагнитного поля наблюдается отклонение носителей зарядов, имеющих противоположные спины. Этот эффект был связан со спин-гальваническим рассеянием и взаимодействием между спиновыми и орбитальными магнитными моментам.

Способы использования явления

На основе эффекта Холла создаются устройства и приборы, обладающие нужными и часто уникальными свойствами. Эти приборы занимают важное место в измерительно-контрольной технике, автоматизации, радиотехнике и т. д. Приспособления, использующие в своей работе явление Холла, называются элементами Холла (датчиками).

Эти датчики дают возможность измерять силу магнитного поля, так как при неизменной величине тока электродвижущая сила прямо пропорциональна линиям магнитной индукции. Прямая зависимость этих величин для элементов Холла является неоспоримым преимуществом перед другими типами измерителей индукции, основанных на контроле магнетосопротивления.

Приборы Холла позволяют проводить измерения электрических и магнитных характеристик не только металлов, но и полупроводников. Из-за простоты своего действия, несложности в изготовлении, а также высокой точности и надёжности они широко применяются в различных отраслях науки и техники. Датчики используются для измерения силы, давления, углов, перемещения и других неэлектрических величин. Этот эффект используют и при изготовлении полупроводников для контроля подвижности носителей зарядов и подсчёта их концентрации.

Для этого используется формула эффекта Холла: V h = j*B*H / n*q = B*I / (q*n*α) = R*B*I/α,

из которой число носителей находится как N = (I*B) / (q*α* V h). Таким образом, можно определить не только количество носителей, но и также их тип (знак).

Элементы Холла применяются в автомобилестроении из-за их невысокой стоимости, точности показаний, надёжности и способности не зависеть от условий окружающей среды. Их используют в конструкции бесконтактных однополярных и биполярных прерывателей. Благодаря их миниатюрному исполнению электронные гаджеты можно автоматически включать или выключать экран при открытии или закрытии чехла с магнитом. Они помогают в GPS-навигации, улучшая геопозирование.

С каждым годом эффект Холла находит всё более новое применение. Свидетельством тому служит появление устройства виртуальной реальности — Google Card Board, в основе работы которого лежит взаимодействие магнита с датчиком Холла.

Магнитные датчики

Основное преимущество использования датчиков магнитного поля, заключается в их бесконтактной работе. Они бывают аналоговыми и дискретными. Первый тип считается классическим. В его основе лежит принцип, что чем сильнее будет магнитное поле, тем больше будет величина напряжения. В современных приборах и устройствах такой тип уже практически не используется из-за значительных размеров. Цифровой же датчик построен на режиме работы «ключ» и имеет два устойчивых положения. Если сила индукции недостаточна он не срабатывает.

Разделяются дискретные элементы Холла на два типа:

  • униполярные — срабатывание которых зависит от полюса магнитного поля;
  • биполярные — переключения состояния датчика происходит при изменении магнитного полюса;
  • омниполярные — реагируют на действие магнитной индукции любого направления.

Конструктивно датчик представляет собой электронный прибор с тремя выводами. Он может выпускаться как в стандартном исполнении DIP, DFN или SOT, так и в герметичном: например, 1GT101DC (герметичный), A1391SEHLT-T (DNF6), SS39ET (SOT), 2SS52M (DIP).

Читайте также:
Шагрень — дефект покраски или декоративный эффект?

Характеристики устройства

Выпускаемые датчики, использующие явление Холла, как и любые электронные радиокомпоненты характеризуются своими параметрами. Главным из них является тип прибора и напряжение питания. Но, кроме этого, выделяют следующие технические характеристики:

  1. Величина измеряемой индукции. Измеряется она в гауссах или миллитеслах.
  2. Чувствительность — определяется значением магнитного потока, на который реагирует датчик, единица измерения мВ/Гс или мВ/мТл.
  3. Нулевое напряжение магнитного поля — значение разности потенциалов, соответствующее отсутствию магнитного поля.
  4. Дрейф нуля — изменение напряжения, зависящее от температуры. Указывается в процентном отклонении от температуры 25 °C.
  5. Дрейф чувствительности — изменение чувствительности, вызванное изменением температуры.
  6. Полоса пропускания — уровень снижения чувствительности с шагом в 3 дБ.
  7. Индукция включения и выключения — это значение напряжённости поля, при котором датчик устойчиво срабатывает.
  8. Гистерезис — разность между индукциями включения и выключения;
  9. Время срабатывания — характеризуется промежутком времени перехода из одного устойчивого состояния в другое.

Изготовление приборов

Материал, из которого выполняется элемент Холла, должен обладать большой подвижностью носителей зарядов. Для получения наибольшего значения напряжения вещество не должно иметь высокую электропроводностью. Поэтому при производстве устройств используется: селенид, теллурид ртути, антимонид индия. Тонкопленочные датчики получаются методом испарения вещества и осаждения его на подложку. В качестве её служит слюда или керамика.

Изготавливают датчики также из полупроводников — германия и кремния. Их легируют мышьяком или фосфорной сурьмой. Такие устройства обладают низкой зависимостью от изменения температуры, а величина образуемой на них ЭДС может достигать одного вольта.

Типовой процесс производства пластинчатого датчика Холла состоит из следующих операций:

  • обрезка пластины нужного размера;
  • шлифовка поверхности;
  • формирование с помощью пайки либо сварки симметричных выводов;
  • герметизация.

Таким образом, применение эффекта Холла нашло широкое применение в магнитометрии, смартфонах, автомобилях, выключателях и охранных системах.

Одним из главных преимуществ датчиков, выполненных на этом эффекте, является электрическая изоляция (гальваническая развязка) делающие их применение удобным и безопасным.

Понятие эффекта Холла: в чем состоит, принцип работы

  • Что такое эффект Холла — описание явления
  • В чем суть, как объяснить простыми словами
  • Какие бывают разновидности эффекта Холла
  • Применение эффекта Холла на практике

Что такое эффект Холла — описание явления

Эффект Холла — это явление возникновения поперечной разности потенциалов при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле.

Данный эффект был открыт в 1879 году Эдвином Холлом в тонких пластинках золота, когда ученый обнаружил на их краях разность потенциалов.

Принцип измерения: при помещении в магнитное поле пластины-проводника под 90 градусов к направлению силовых линий магнитного потока, произойдет перемещение электронов по поперечине пластины под действием силы Лоренца — силы, с которой электромагнитное поле действует на точечную заряженную частицу.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Таким образом, эффект Холла выражается действием магнитного поля на заряженную частицу.

В чем суть, как объяснить простыми словами

Описание механизма работы: к проводящему проводнику подводится электрический ток, затем гальванометр подключается к его краям. Далее электромагнит включается так, чтобы линии напряженности поля лежали перпендикулярно плоскости пластины.

Таким образом предполагалось выявить условия для изменения протекания тока. В результате было обнаружено, что при подаче на тонкий лист золота электрического тока заряд в ней распределялся равномерно по всей поверхности. Но как только добавляется ток — заряд переходит к краям и возникает разность потенциалов.

Именно на этом открытии позже были построены одноименные датчики.

Какие бывают разновидности эффекта Холла

Данный эффект бывает трех видов:

  • аномальный;
  • квантовый;
  • спиновой.

Аномальный эффект способен проявляться в ненамагниченных материалах. Т.е. это такой метод, при котором появление напряжения не обусловлено влиянием магнитного поля. При этом необходимым условием для наблюдения данного эффекта является нарушение инвариантности по отношению к обращению времени в системе.

Квантовый эффект Холла отличается тем, что он квантуется только в сильно намагниченных полях, которые приводят к кардинальной перестройке внутренней структуры двумерной электронной жидкости.

Спиновый эффект Холла наблюдается в ненамагниченных проводниках, которые не переместили в поле действия силовых линий магнита. Смыслом данного эффекта является то, что электроны с антипараллельными спинами отклоняются к противоположным краям пластины.

Применение эффекта Холла на практике

С помощью данного метода появилась возможность вычислять количество носителей заряда на единицу объема, а также их подвижность при измерении напряжения магнитного поля. Его используют при построении моторов со следящим приводом. Использование метода позволяет измерить угол поворота вала мотора.

Читайте также:
Что означают надписи и цифры на стеклопакете между стёклами

Также датчики Холла устанавливаются в электростартерах ДВС, охлаждающих системах ПК, в приводах дисководов и вентиляциях компьютерной техники. Их используют в мобильной и бытовой технике совместно с двигателями, в измерительном оборудовании за счет способности преобразовать магнитную индукцию в разность потенциалов.

Одним из главных преимуществ таких датчиков является их удобство и безопасность, которые достигаются путем электрической изоляции. Датчики изготавливаются из таких металлов, как германий и кремний. Их легируют мышьяком или фосфорной сурьмой.

Материал при этом должен обладать большой подвижностью носителей зарядов. Для наибольшего эффекта вещество не должно обладать высокой электропроводностью. Преимуществом таких устройств является низкая зависимость от изменения температуры.

Понятие и применение эффекта Холла

Эффект Холла был обнаружен Эдвином Холлом в 1879 году, но прошло много лет, прежде чем технологическое развитие позволило интегральным схемам в полной мере воспользоваться этим явлением. Сегодня микросхемы датчика Холла предлагают удобный способ для достижения точных измерений тока, которые обеспечивают электрическую изоляцию между путем измеряемого тока и измерительной цепью.

От Лоренца к Холлу

Эффект Холла является продолжением силы Лоренца, которая описывает силу, действующую на заряженные частицы – такие как электрон – движущиеся в магнитном поле. Если магнитное поле направлено перпендикулярно направлению движения электронов, на электрон действует сила, которая перпендикулярна и направлению движения, и направлению магнитного поля.

Эффект Холла относится к ситуации, в которой сила Лоренца действует на электроны, движущиеся в проводнике, так что разница потенциалов – или другими словами, напряжение – возникает между двумя сторонами проводника.

Следует отметить, что стрелки на втором рисунке показывают направления протекания обычного тока, а это означает, что электроны двигаются в противоположном направлении. Направление силы Лоренца определяется правилом правой руки, учитывающим направление движения электрона относительно магнитного поля. На первом рисунке электрон движется вправо, а сила Лоренца направлена вверх. На втором рисунке электроны движутся влево, а сила Лоренца направлена вниз, и, таким образом, отрицательный заряд накапливается на нижней стороне проводника. Результатом является разность потенциалом, которая возникает между верхней и нижней кромками проводника, с верхним краем более положительным по сравнению с нижним. Эта разность потенциалов называется напряжением Холла:

Эта формула, которая применяется к токопроводящей пластине, говорит нам, что напряжение Холла зависит от величины тока (I), протекающего через проводник, от магнитной индукции (B), от элементарного заряда электрона (e), количества электронов в единице объема (ρ) и от толщины пластины (t).

Использование эффекта Холла

Напряжения, генерируемые с помощью эффекта Холла малы по отношению к воздействиям шума, смещения и температуры, которые, как правило, влияют на схему, и, таким образом, реальные датчики на основе эффекта Холла не были широко распространены до появления полупроводниковой технологии, позволившей создание компонентов с высокой степенью интеграции, которые включали в себя и элемент Холла, и дополнительную схему, необходимую для усиления напряжения Холла. Тем не менее, датчики на основе эффекта Холла ограничены в своей способности измерять небольшие токи. Например, чувствительность ACS712 от Allegro MicroSystems составляет 185 мВ/А. Это означает, что ток 10 мА создаст выходное напряжение только 1,85 мВ. Это напряжение может быть приемлемым, если у схемы низкий уровень шума, но, если в цепь протекания тока включить резистор 2 Ом, в результате можно получить напряжение 20 мВ, что значительно лучше.

Эффект Холла используется в различных датчиках; устройства, основанные на относительно простой связи между током, магнитным полем и напряжением, могут использоваться для измерения положения, скорости и напряженности магнитного поля. В данной статье мы сосредоточим внимание на устройствах, которые измеряют ток через напряжение Холла, генерируемое, когда магнитное поле, создаваемое измеряемым током, концентрируется в элементе датчика Холла.

Достоинства и недостатки

Характеристики у разных датчиков тока на основе эффекта Холла сильно отличаются, поэтому трудно суммировать достоинства и недостатки использования эффекта Холла относительно другого распространенного способа измерения тока; а именно, вставки прецизионного резистора в цепь протекания тока и измерения появившегося на нем падения напряжения с помощью дифференциального усилителя. В целом, датчики Холла ценятся за «невлияние» и обеспечение электрической изоляции между цепью протекания тока и измерительной цепью. Эти устройства рассматриваются как не оказывающие влияния потому, что в цепь протекания тока не вставляется какого-либо существенного сопротивления, и, таким образом, схема при проведении измерений ведет себя так же, как если бы датчика не было вовсе. Дополнительным преимуществом является то, что датчиком рассеивается минимальная мощность; это особенно важно при измерении больших токов.

Читайте также:
Труба профильная: характеристики и особенности применения в строительстве

Что касается точности, доступные в настоящее время датчики Холла могут достичь минимальной ошибки в 1%. Хорошо продуманный датчик на основе резистора может дать лучший результат, но одного процента, как правило, хватает при работе с большими токами/напряжениями, где и подходит использование датчиков Холла.

Недостатки датчиков Холла включают в себя ограниченный диапазон частот и высокую стоимость. ACS712 работает до 80 кГц, а диапазон Melexis MLX91208, который позиционируется, как «широкополосный», ограничивается верхней границей 250 кГц. Резистивный датчик тока с высокоскоростным усилителем, с другой стороны, может хорошо работать и мегагерцовом диапазоне. Кроме того, как обсуждалось выше, эффект Холла по своей природе имеет ограничение в отношении измерения малых токов.

Изоляция

Одно из главных преимуществ датчиков Холла заключается в электрической изоляции, которую в контексте проектирования схем и систем называют гальванической развязкой. Принцип гальванической развязки используется всякий раз, когда проект требует, чтобы две схемы связывались таким способом, который предотвращает любую возможность протекания между ними электрического тока. Простой пример, когда цифровой сигнал передается через оптоизолятор, который преобразует импульсы напряжения в импульсы света и таким образом передает данные оптическим способом, а не электрическим. Одной из основных причин для реализации гальванической развязки является предотвращение проблем, связанных с земляными контурами:

Основные принципы проектирования схем предполагают, что взаимосвязанные компоненты совместно используют общую точку земли, на которой предполагается 0 В. В реальной жизни, однако, «земля» состоит из проводников, имеющих ненулевое сопротивление, и эти проводники служат в качестве обратного пути протекания тока от схемы назад к источнику питания. Закон Ома напоминает нам, что ток и сопротивление дадут напряжение, и это падение напряжения в обратном пути означает, что «земля» в одной части схемы не точно такая же по потенциалу, как «земля» в другой части схемы. Эта разница в потенциалах земли может привести к проблемам, начиная от незначительных до катастрофических.

Для предотвращения протекания постоянного тока между двумя схемами используется гальваническая развязка, позволяющая успешно общаться схемам с различными потенциалами земли. Это особенно актуально для измерения токов: низковольтный датчик и обрабатывающая цепь могут понадобиться для контроля больших, изменяющихся в больших пределах токов, например, в цепи привода двигателя. Эти большие, быстро изменяющиеся токи приведут к значительным колебаниям напряжения в цепи обратного пути протекания тока. Датчик Холла позволяет системе контролировать ток привода и защитить схему высокоточного датчика от этих вредных колебаний земли.

Синфазное напряжение

Другое важное применение датчиков Холла заключается в измерении токов при работе с высокими напряжениями. В схеме резистивного датчика тока дифференциальный усилитель измеряет разницу между напряжениями на одной стороне резистора и на другой. Проблема возникает, когда эти напряжения велики по сравнению с потенциалом земли:

Реальные усилители имеют ограниченный «диапазон синфазности», что означает, что устройство не будет функционировать должным образом, разница между входными напряжениями мала, и очень велика разница между ними и землей. Диапазоны синфазных входных напряжений токоизмерительных усилителей, как правило, не выходят за пределы 80 или 100 В. С другой стороны, датчики Холла могут преобразовать ток в напряжение без связи с потенциалом земли в измеряемой цепи. Следовательно, пока напряжение не достаточно велико, чтобы вызвать физическое повреждение, синфазное напряжение не влияет на работу датчика Холла.

Эффект Холла: что это, зачем используется и где применяется

Измерять характеристики магнитного поля можно как при помощи элементарных систем, так и посредством весьма сложных технологических решений. Все зависит от того, какие именно измерения выполняются и какие результаты ожидается получить. Самые простые датчики магнитного поля — герконы. Эти элементы изменяют состояние подключенной электрической цепи при воздействии магнитного поля. Герконы используются повсеместно, например, в датчиках открытия двери.

Герконы — очень простые системы. Для получения дополнительной информации о магнитном поле можно использовать еще и компас. Примерно так работали первые магнитометры. Но сейчас возможностей гораздо больше, ведь появились новые системы, включая распространенные датчики, где используется эффект Холла.

Спектр моделей таких датчиков чрезвычайно обширен — от клавиатур до оценки закрытия или открытия клапана. Датчики Холла используются в бесконтактной системе зажигания бензиновых двигателей, они служат для считывания показаний распредвала двигателя, с тем, чтобы определять параметры вращения. Электронный блок управления автомобиля по показаниям датчика определяет исправность системы зажигания и старта.

Читайте также:
Труба профильная: характеристики и особенности применения в строительстве

История появления датчика

Все началось с работы Эдвина Холла, который обнаружил эффект, позже названный его именем, в 1878 году. Основная идея проста: при воздействии магнитного поля на проводник, по которому проходит электрический ток, на концах проводника возникает разность напряжений при протекании тока, перпендикулярного полю.

Этот эффект называют обычным эффектом Холла, поскольку есть и другие явление, которое базируются на взаимодействии проводника, тока и магнитного поля.

Соответственно, датчики, чья работа основывается на эффекте Холла — лишь одна из разновидностей современных магнитометров. Есть множество разных датчиков других типов, где используются приемные катушки индуктивности. Они могут вращаться ил инет, используются также шкалы или пружины для измерения силы магнитного поля. Обнаружить магнитное поле можно даже при помощи оптических свойств материалов и соответствующих эффектов — например, эффекта Керра или Фарадея.

Есть и весьма специфические датчики, которые можно назвать экзотикой. Они основываются на измерении протонного резонанса в богатых водородом соединениях и веществах вроде керосина, либо определении энергетического состояния молекул газов типа цезия. Есть и датчики со сверхпроводящими катушками.

Но именно датчики на эффекте Холла являются наиболее недорогими, имеют небольшой размер и весьма практичны. Как уже говорилось выше, миниатюрные датчики Холла используются в клавиатурах. Сложно представить клавиатуру, основа которой — сверхпроводящие датчики, прикрепленные к нижней части клавиш.

Датчики Холла — идеальный вариант при создании систем контроля частоты вращения чего-либо, от кулеров до двигателей в технике. Датчики использовались в видеомагнитофонах и кассетных магнитофонах класса «люкс». Пример — Вега- МП122.

Используются датчики Холла и в смартфонах для решения самых разных задач, включая:

  • Работа цифрового компаса, который применятся в навигационных программах и помогает повышать скорость позиционирования.
  • Оптимизация взаимодействия девайса с разными аксессуарами, например, магнитными чехлами.
  • Применение датчика в моделях с раскладной конструкцией, для включения и отключения экрана при открывании или закрывании крышки.

Как это работает?

В сети есть многочисленные видео, объясняющие физические принципы, лежащие в основе эффекта Холла. Но понять можно и без всяких видео — здесь все относительно просто. Представьте себе проводник размером и формой повторяющий денежную купюру. Левая и правая сторона подключены к источнику постоянного тока, который и проходит через проводник. Если проводник исправен, то без воздействия магнитного поля напряжение в верхней и нижней части проводника будет близким к нулю.

Но если в системе появится магнитное поле, линии которого расположены под прямым углом к течению тока, на электроны и дырки в проводнике начинает воздействовать сила Лоренца. Частицы начинают отклоняться. Соответственно, электроны соберутся на одной стороне проводника, а на другой их не будет.

При помощи мультиметра можно измерить напряжение на верхней и нижней частях проводника. Если убрать магнитное поле, то напряжение снова станет почти равным нулю.

В устройствах, где используется эффект Холла, добавляется еще одна схема, где обычно присутствует усилитель холловского напряжения. Иногда есть регулятор напряжения смещения. У цифрового выходного датчика может быть компаратор и выходной транзистор.

Все датчики — разные

Есть две основные разновидности датчиков Холла — это цифровые датчики, которые, в свою очередь, разделяются на униполярные и биполярные. А также аналоговые датчики.

Если вы хотите использовать датчик Холла в своем проекте, нужно детально разобраться в его базовых характеристиках. У датчиков есть ограничения по частотному диапазону, плюс некоторые могут быть весьма дорогими. Например, у компании Melexis есть девайс на 250 кГц, эта частота гораздо более высокая, чем у большинства похожих систем. Работать оно будет только при 5В и 15 мА.

В примере даташита показано, что есть две разновидности этого датчика — 7,5 mT (миллитесла), второй — 20 mT. Есть даже версия с 60 mT.

Датчики Холла могут быть встроены в электронные схемы. Например, у ESP32 есть собственный датчик Холла, как показано на видео выше.

Разработка систем на основе эффекта Холла

Как и было показано выше, придумать можно много чего. В качестве примера можно привести еще портативный магнетометр, плата которого умещается в пластиковую коробочку из-под Tic Tac. С его помощью можно облегчить задачу отслеживания проложенной в стене или потолке электропроводки. Еще один пример — мониторинг кофе-машин, с целью оценки количества приготовленных чашек кофе.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: