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Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Messgrößen kontaktlos per Hall-Effekt erfassen

In den letzten Jahren ist die Variantenvielfalt der Sensoren explosionsartig angestiegen. Vor allem im Bereich der Sicherheits- und Komfortelektronik sind viele neue Sensortypen hinzugekommen. Die am häufigsten im Fahrzeug verwendeten Sensortypen sind Positions- Weg- und Winkelsensoren, Drehzahl- und Geschwindigkeitssensoren, Beschleunigungssensoren, Drucksensoren, Temperatursensoren, Kraft- und Drehmomentsensoren sowie Gassensoren.

Zur Realisierung der genannten Sensortypen kommen unterschiedliche Messprinzipien und Technologien zum Einsatz. Diese umfassen beispielsweise kapazitive Sensoren als Niveausensoren, NTC-Widerstände als Temperatursensoren, piezoelektrische Drucksensoren, optische Sensoren, Dehnungsmesstreifen, Ultraschallsensoren, Infrarotsensoren, Potentiometer-basierte Sensoren und Magnetfeld-Sensoren.

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Bei aktuellen Magnetfeldsensoren, die auf dem Hall-Effekt basieren, erzeugt ein äußeres Magnetfeld in einem Halbleiter (Hall-Element) eine Potenzialdifferenz, die sich als Hall-Spannung abgreifen lässt (Bild 2). Diese Spannung ist proportional zur Magnetfeldstärke. Die Messung erfolgt dabei präzise und berührungslos.

Kombiniert man solch einen Hall-Effekt-Sensor mit einem Permanentmagneten, lassen sich indirekt auch eine Vielzahl weiterer Messgrößen, wie Drehzahl, Winkel, Rotation, Füllstand, Druck oder Drehmoment erfassen. Gegenüber anderen Technologien haben Hall-Effekt-Sensoren den Vorteil, dass sie unempfindlich gegen Staub, Schmutz und Wasser sind, sofern sie optimal gekapselt werden.

Da sie keinen physischen Kontakt zum Messobjekt eingehen, zeigen sie keinerlei Verschleißerscheinungen und sind daher sehr zuverlässig. Hall-Effekt-Sensoren kommen unter anderem zur Positionserkennung zum Einsatz, bei der eine präzise Messung einer Distanz oder eines Winkel gefordert ist.

Durch ihre hohe Genauigkeit und ihre Robustheit eignen sich Hall-Effekt-Sensoren ideal für den Einsatz in Anwendungen unter der Motorhaube, wo sie bei Umgebungstemperaturen bis zu 160 °C zuverlässig arbeiten. Hall-Sensoren finden sich heutzutage in sehr vielen Anwendungen im Automobil und in der Industrie zur Messung von Position, Linear- oder Drehbewegungen sowie Strom.

Die einfachste Anwendung eines Hall-Sensors ist der Einsatz als Schalter: Die Magnetfeldstärke wird gemessen und mit einem Schwellwert im Sensor verglichen. Sobald dieser Wert überschritten wird (Schaltpunkt) ändert sich der Schaltzustand am Ausgang des Sensors. Heutzutage fordern neue, verschärfte Sicherheitskriterien auch von solchen Bauteilen in allen Automotive-Anwendungen eine zuverlässige Funktions- und Prozessüberwachung.

Um diese erhöhten Anforderungen an die funktionale Sicherheit zu erfüllen, bietet der Hersteller Micronas mit der Sensorfamilie HAL15xy die erste Generation von Hall-Effekt-Schaltern auf dem Markt an, die dem neuesten Standard der Automobilindustrie für Funktionale Sicherheit (ISO 26262) entsprechen. Darüber hinaus begnügen sich alle Mitglieder der HAL15xy-Familie mit einem äußerst geringen Betriebsstrom von typ. 1,6 mA und erfüllen damit auch die gestiegenen Anforderungen hinsichtlich der Stromaufnahme.

In Kombination mit einer minimalen Versorgungsspannung von lediglich 2,7 V ist die HAL15xy-Familie somit hinsichtlich Energieeffizienz unter allen derzeit auf dem Markt erhältlichen Hall-Sensoren für Automobilanwendungen führend. Typische Anwendungen sind Endpositionserkennung, Drehzahlmessung oder andere Zählanwendungen.

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