Guten Tag zusammen, ich studiere Mechatronik und soll für eine Studienarbeit eine Auswerteschaltung für ein Halleffekt-Element entwerfen. Die Schaltung soll dann nachher beispielsweise eine Ausgangsspanne von 0-5V liefern. Diese soll mit Offset- und Temperaturkompensation ausgestattet sein. Kompensiert werden soll der Temperaturdrift des Hallelementes und der Drift des B-Feldes des verwendeten Dauermagneten. Das Ganze soll dann später in LTSpice simuliert werden. Als Hallelement habe ich beispielsweise folgendes ausgewählt: http://www.hallsensors.de/CYSJ106C.pdf Die Schaltungsdimensionierung für den 0-5V Ausgang ist kein Problem. Allerdings habe ich grade Schwierigkeiten damit, wie ich die Kompensation anstelle. In Literatur und im Internet habe ich leider nichts wirklich hilfreiches gefunden. Wäre es sinnvoll, für die Kompensation des Widerstandsdrifts des Elements eine Stromquelle zu entwerfen, die je nach Temperatur des Elements einen Strom liefert, sodass die Spannung am Hallelement gleich bleibt? Danke im Vorraus, und allen ein besinnliches Fest. Grüße Phil
Philip M. schrieb: > Wäre es sinnvoll, für die Kompensation des Widerstandsdrifts des > Elements eine Stromquelle zu entwerfen, die je nach Temperatur des > Elements einen Strom liefert, sodass die Spannung am Hallelement gleich > bleibt? Du willst eine Stromquelle so modifizieren, dass der Strom genau so nachgeregelt wird, dass die Spannung am Hall-Element immer konstant bleibt? Diese Art von modifizierter Stromquelle nennt man normalerweise Spannungsquelle, d.h. du könntest dann gleich das Hall-Element an eine feste Spannung hängen. Und nein: das wäre nicht sinnvoll, das würde den Temperaturgang deiner Magnetfeldmessung deutlich verschlechtern statt ihn zu verbessern. Der Tempco deines Hall-Elements ist mit -0,06%/°C angegeben. Willst du das wirklich verbessern oder geht es um akademisches Rumgespiele? Eine Möglichkeit zur Kompensation besteht darin, das ganze Hall-Element in einer Kompensationsanordnung zu betreiben. D.h. du erzeugst mit einer Luftspule ein Gegenfeld, das das äußere Feld an der Stelle des Hall-Elements gerade aufhebt. Das Hallelement sieht also immer B=0, und damit macht sich der Tempco der Empfindlichkeit und die Nichtlinearität nicht mehr bemerkbar. Aus dem Strom, den du zur Erzeugung des Gegenfelds brauchst, kannst du berechnen wie groß das äußere Feld ist. Sogenannte "Closed loop Current Sensors" mit Hallelementen machen das so. Aber um besser zu werden als -0,06%/°C (die dein Sensor von Haus aus liefert) musst du dich anstrengen. Und die Temperaturdrift der Offsetspannung wirst du damit leider nicht los. Eine andere Möglichkeit um Drifts klein zu halten wäre, das Hall-Element auf (z.B.) 45°C aufzuheizen und die Temperatur stabil zu halten. Keine Temperaturänderung -> keine Temperaturdrift. Du musst natürlich nur darauf achten, dass das Magnetfeld des Heizstroms nicht vom Hall-Element mitgemessen wird.
wieso bist du so ehrgeizig und möchtest den Temperaturgang kompensieren, wenn die Linarität des Sensors um Zehnerpotenzen schlechter ist, d.h eine winzige Feldänderung genügt um ...usw.
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>Diese Art von modifizierter Stromquelle nennt man normalerweise >Spannungsquelle, d.h. du könntest dann gleich das Hall-Element an eine >feste Spannung hängen. Und nein: das wäre nicht sinnvoll, das würde den >Temperaturgang deiner Magnetfeldmessung deutlich verschlechtern statt >ihn zu verbessern. Ok, das macht Sinn, danke! >Der Tempco deines Hall-Elements ist mit -0,06%/°C angegeben. Willst du >das wirklich verbessern oder geht es um akademisches Rumgespiele? >wieso bist du so ehrgeizig und möchtest den Temperaturgang kompensieren, >wenn die Linarität des Sensors um Zehnerpotenzen schlechter ist, d.h >eine winzige Feldänderung genügt um ...usw. In der Tat steht die Kompensation im Mittelpunkt, also trifft Achim's Begriff 'akademisches Rumgespiele' das Ganze sehr gut ;) Diese Methoden zur Kompensation machen in der Tat Sinn, allerdings soll ich das Ganze in einer OPV-Schaltung realisieren, wodurch sie für mich unbrauchbar wären! Bei folgender Schaltung wird der Drift des Sensor mit einem PTC (hier Rc) gemacht. So in der Art wollte ich das realisieren. Dazu brauche ich dann nur noch die Offsetkomp. und die Kompensations des B-Feld-Drifts.
Philip M. schrieb: > Allerdings habe ich grade Schwierigkeiten damit, wie ich die > Kompensation anstelle. Siehe http://www.nxp.com/documents/other/SC17_GENERAL_TEMP_1996_3.pdf
Philip M. schrieb: > So in der Art wollte ich das realisieren. Na denn: wenn ich recht sehe brauchst du einen PTC mit einem Tempco von +0,06%/°C. Ein Platinwiderstand hat beispielsweise 0,38%/°C. Wenn du einen Pt-Widerstand mit einem temperaturunabhängigen Widerstand in Serie schaltest, der ungefähr 0,385/0,06 mal größer ist als der Pt-Widerstand sollte der Tempco der Serienschaltung ca. bei 0,06% liegen (rechne lieber noch mal genau nach: wahrscheinlich muss das Verhältnis der Widerstände tatsächlich 0,385/0,06-1 sein). Philip M. schrieb: > und die Kompensations des B-Feld-Drifts den Teil habe ich noch nicht verstanden. Dass du die Drift des Hallelements kompensieren willst ist mir klar. Aber was soll an dem Magneten kompensiert werden? Willst du einen Elektromagneten dazuschalten, so dass das überlagerte Feld von Elektromagnet und Permanentmagnet konstant bleibt?
>den Teil habe ich noch nicht verstanden. Dass du die Drift des >Hallelements kompensieren willst ist mir klar. Aber was soll an dem >Magneten kompensiert werden? Willst du einen Elektromagneten >dazuschalten, so dass das überlagerte Feld von Elektromagnet und >Permanentmagnet konstant bleibt? Der Permanentmagnet den ich dazu verwende, hat ja ebenfalls einen Tempco von 0,1%/°C (bpsw. Neodyminum-Eisen-Bor (NdFeB)). Also ändert sich das zu messende B-Feld ja ebenfalls mit der Temperatur. Das soll auch mit in de Kompensation fließen ;)
Ich versteh's immer noch nicht. Der Hallsensor misst das Magnefeld. Wenn sich die Temperatur ändert, ändert sich das Magnetfeld und der Hallsensor sollte normalerweise diese Änderung anzeigen. Was genau willst du damit erreichen, dass der Tempco des Permanentmagneten "in die Kompensation mit einfließt"? Soll die Temperaturabhängigkeit des Magneten im Messwert des Hallelements nicht mehr sichtbar sein?
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>Was genau willst du damit erreichen, dass der Tempco des >Permanentmagneten "in die Kompensation mit einfließt"? Soll die >Temperaturabhängigkeit des Magneten im Messwert des Hallelements nicht >mehr sichtbar sein? Ich hatte da was durcheinander geworfen, natürlich hast du Recht. Das B-Feld hat einen Temperatureinfluss der in dem Ganzen mit betrachtet werden soll, aber nicht kompensiert werden soll! Habe mittlerweile schon neue Anliegen ;) Durch die Temperaturänderung des Elements driftet ja der Y-Achsenabschnitt der Hallspannung Uh sowie die Spanne von Uh, also sprich die Steigung. Ersteres muss ja durch Offset korrigiert werden, korrekt? Ausgewählt für das Ganze habe ich aus dem o.g. Datenblatt die angehängte Schaltung, in der ein KTY im Instrumentenverstärker verwendet wird. Den R14 möchte ich auch durch einen Poti ersetzen, um die Sensivität einstellen zu können. Zu dem Ganzen fehlt mir jetzt ein wenig der Ansatz, wo ich anfangen soll. Wie dimensioniere ich den Offset, also R1-R3, da diese ja auch von der Temperatur abhängig sein müssen. Müsste ich hier einen zusätzlichen KTY verwenden? Das Sensorelement hat einen Tempco von -0,06%/K für U_h und einen Tempco von 0,3%/K für den Widerstand. Die Formeln aus dem genannten Datenblatt habe ich ebenfalls mal angehängt. Grüße Phil
Vergiss einen Temperaturkoeffizienten von 0.06% oder so zusammen mit einem Permanentmagneten. Ein Permanentmagnet hat ein derart inhomogenes Feld, dass der gemessene Wert voellig zufaellig ist. Zudem sollte man fuer erhoehte Anforderungen das Hallelement mit einem Lock-in messen, um Thermospannungen loszuwerden.
Phil M. schrieb: > Wie dimensioniere ich den Offset, also R1-R3, da diese ja auch von der > Temperatur abhängig sein müssen. Wieso ? Wenn der Offset für ein Magnetfeld von 0 eingestellt wird, gibt es nichts zu kompensieren. Wenn du ein Magnetfeld von <> 0 als Nullpunkt haben willst, ziehe es NACH dem temperaturkompensieren Differenzverstärker ab (oder in Software), dann ist die Kompensierung mit der Kompensierung vom Messwert gleich erledigt.
>Vergiss einen Temperaturkoeffizienten von 0.06% oder so zusammen mit >einem Permanentmagneten. Ein Permanentmagnet hat ein derart inhomogenes >Feld, dass der gemessene Wert voellig zufaellig ist. Die Schaltung wird nachher nur in LTSpice simuliert, also das B-Feld auch, also brauche ich mir darüber keine Gedanken zu machen. >Wenn du ein Magnetfeld von <> 0 als Nullpunkt haben willst, ziehe es >NACH dem temperaturkompensieren Differenzverstärker ab (oder in >Software), dann ist die Kompensierung mit der Kompensierung vom Messwert >gleich erledigt. Das heißt Schaltungstechnisch würde ich den Offset mit R11-13 einstellen?
Phil M. schrieb: > Die Schaltung wird nachher nur in LTSpice simuliert, also das B-Feld > auch, also brauche ich mir darüber keine Gedanken zu machen. Das ist gut. Denn wenn du die Schaltung oben noch um zusätzliche Thermistoren und Trimmpotis ergänzt, dann würdest du im realen Leben bis zum Ruhestand an den Potis rumtrimmen ehe du es schaffst, die 0,06%/K der Verstärkung und die (nicht bekannte) Offsetdrift tatsächlich zu verbessern. Wenn diese Simu in der Lehre eingesetzt werden soll, dann kann man Sie den Studenten als Musterbeispiel demonstrieren, dass nicht jeder simulierbare Effekt auch praktikabel umsetzbar ist. Phil M. schrieb: > Den > R14 möchte ich auch durch einen Poti ersetzen, um die Sensivität > einstellen zu können. Wenn du an R14 drehst machst du aus dem Differenzverstärker um OP3 einen Irgendwasverstärker. Der Quotient von R14/R10 muss den selben Wert haben wie der Quotient vom Netzwerk R11..R13 zu R9, sonst geht die Gleichtaktunterdrückung flöten (was doof ist, wenn man ein paar mV Differenzspannung aber ein paar V Gleichtaktspannung hat). Die Verstärkung wird normalerweise eingestellt über das Netzwerk R5..R7 und RT. Aber daran kannst du hier nicht drehen, weil es in der Schaltung schon zur Temperaturkompensation der Verstärkung (RT) und zur Offseteinstellung (über R4, R3, RT1, RT2) genutzt wird. Du kannst nicht einen Parameter (Verstärkung) ändern, ohne die beiden anderen Parameter schlecht zu machen. Wenn du die Verstärkung einstellen willst: bau noch einen Verstärker hintendran. Phil M. schrieb: > Das heißt Schaltungstechnisch würde ich den Offset mit R11-13 > einstellen? Normalerweise ja (der "Ref-Eingang" eines normalen Instrumentenverstärkers). Bei dieser Spezialschaltung wird der Offset aber ja bereits über RT1, RT2, R3, R4 eingestellt: da könnte man ihn auch gleich dort trimmen. Und achte auf dein Timing: wenn die Simu fertig ist, bevor dein Projekt/deine Abschlussarbeit zu Ende ist, könnte der Betreuer doch noch auf die Idee kommen, das Ganze auch real aufzubauen. Und daran hättest du keine Freude.
Okay vielen Dank! Den zusätzlichen Verstärker lass ich dann weg und stelle über R10/R14 einen Spannungsausgang von 0,2..4,8V ein! >Normalerweise ja (der "Ref-Eingang" eines normalen >Instrumentenverstärkers). Bei dieser Spezialschaltung wird der Offset >aber ja bereits über RT1, RT2, R3, R4 eingestellt: da könnte man ihn >auch gleich dort trimmen. Laut Datenblatt hat das Hall-Element eine Offset-Spannung von 11mV. Den Drift müsste ich jetzt aus dem Diagramm ablesen, da dieser nicht angegeben ist. Muss ich dann RT1, RT2 und R3 so 'einstellen', dass ich am invertierenden Ausgang des OP2 eben diese 11mV anliegen habe?
Phil M. schrieb: > Den zusätzlichen Verstärker lass ich dann weg und stelle über R10/R14 > einen Spannungsausgang von 0,2..4,8V ein! Willst du die Verstärkung der letzten Stufe einmalig neu berechnen? Dann kannst du an R14/R10 drehen und wieder einen funktionierenden Differenzverstärker draus machen, indem du ebenfalls das Netzwerk R11..R13 und R9 anpasst. Aber wenn du die Verstärkung variabel machen willst ("Den R14 möchte ich auch durch einen Poti ersetzen...") dann musst du das andere Netzwerk im selben Verhältnis nachführen. Dann reicht es nicht, an "einem Poti" zu drehen, und es reicht ebenfalls nicht, R14 und R10 als Potis zu simulieren.
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