Hall-effeksensors: Werksbeginsel, 5 belangrike toepassings

Inhoud:

  • Inleiding
  • Magnetiese sensors
  • Halleffeksensors
  • Wat is Hall-spanning (VH)?
  • Hall Koëffisiënt (RH)
  • Konstruksie van Hall Effect Sensors
  • Simbool van Hall Effect Sensor
  • Werksbeginsel van Hall Effect sensors
  • Hall Effect eksperiment
  • Analoog en digitaal Hall-effek sensor
  • Tipe Hall-effeksensors
  • Toepassings van Hall Effect Sensors

Magnetiese sensors

Magnetiese sensors is toestelle wat magneetvelde wat gegenereer word, kan opspoor en analiseer magneet of huidige. Dit kan gebruik word vir verskillende soorte toepassings, soos om die verandering in die posisie en hoek van 'n magneetveld te waarneem, om die sterkteverandering of die rigting van die toegepaste magneetveld, ens.

Daar is verskeie tipes magnetiese sensors soos Hall Effect sensor (Hall skakelaars, lineêre Hall sensors, ens.) wat gebruik word om 'n verandering in die sterkte van die magnetiese veld op te spoor, Magneto Resistive sensor wat gebruik word om 'n verandering in die rigting van die magnetiese veld op te spoor , hoeksensors wat gebruik word om 'n verandering in die hoek van 'n magnetiese veld op te spoor, 3D Hall-sensors en sowel as magnetiese spoedsensors. Hall Effect-sensors word gebruik in 'n uitgebreide reeks toepassings soos nabyheidsensor, posisie- en spoedmeting, ens. Hulle word selfs in rekenaardrukker, pneumatiese silinder, rekenaarsleutelborde ens.

Magnetiese sensors is oor die algemeen 'n vaste toestand toestel wat tans 'n groot vraag is, vanweë sy hoë presisie en akkuraatheid, minder kontakwerking, relatief lae instandhoudingskoste, kompakte ontwerp, ens. Nou, sonder kern magnetiese sensors, toegewy vir verskillende soorte industriële toepassings is byvoorbeeld beskikbaar, verseëlde Hall Effect-toestelle is waterdig en is so vervaardig om ook teen trillings te weerstaan.

Magnetiese sensors word wyd gebruik in motorstelsels, veral vir die ontleding van die posisie van die motorsitplekke, sitplekgordels en vir die beheer van lugsakstelsels en ook vir die opsporing van wielrotasiespoed vir die sluitweerremstelsel (ABS).

Halleffeksensors

Hall Effect sensors is magnetiese sensors wie se uitset afhanklik is van die magnetiese veld of magnetiese vloeddigtheid rondom die magnetiese sensor.

  • Die woord "saal" kom vandaan Dr Edwin Hall, wat hierdie Hall-effek vir die eerste keer ontdek het.
  • As daar 'n eksterne magneetveld vertikaal op die voorwerp is waardeur stroom beweeg, sal 'n elektromotoriese krag opwek in die rigting loodreg op die magnetiese veld en op die stroom.
Hall Effek sensor
Hall Effek sensor toestel 1880

Wat is Hall-spanning (VH)?

As 'n eksterne magnetiese veld in die magnetiese sensor toegepas word, word dit geaktiveer. Hall Effect sensor se uitsetspanning is eweredig aan die sterkte van die toegepaste magnetiese veld wat verbygaan. Nadat 'n bepaalde drempel van magnetiese vloeddigtheid deur die eksterne veld oorskry is, word 'n uitsetspanning opgewek, wat algemeen bekend staan ​​as Saalspanning (VH).

Hall Koëffisiënt (RH)

Die hoeveelheid potensiaalverskil per eenheid dikte van metaalstrook in die Hall-effek versprei deur die produk van die magnetiese intensiteit en die longitudinale stroomdigtheid.

Die eenhede van Hall-koëffisiënt RH word in die algemeen oorgedra as m3/C, of ​​Ω·cm/G.

Konstruksie van Hall-effeksensors:

Hall Sensor Ontwerp

Hall Effect sensors bestaan ​​gewoonlik uit 'n reghoekige stuk halfgeleier soos indium antimoniet (InSb) of galliumarsenied (GaAs) bekend as 'n Hall-sonde gemonteer op 'n aluminiumplaat en heeltemal in die sondekop bedek. 'n Sondehandvatsel wat uit 'n nie-magnetiese materiaal bestaan, word so met die sondekop verbind dat die vlak van die reghoekige halfgeleierplaat loodreg op die sondehandvatsel is.

Wanneer die toestel geaktiveer word, vind 'n aaneenlopende stroomstroom deur die halfgeleier plaas. As die eksterne magnetiese veldlyne reghoekig met die sondekop is sodat die gevylde lyne deur die regte hoeke deur die sensor van die sonde gaan, ontstaan ​​'n spanning wat bekend staan ​​as die "Hall-effek"-spanning en die toestel verskaf 'n lesing van magnetiese vloeddigtheid (B) van die eksterne veld.

Simbool van Hall Effect Sensor:

Hall Effect sensor simbool, Beeldkrediet – Grahamatwp at Engelse WikipediaAlgemene saalsensorsimboolCC BY-SA 3.0

Wat is Hall Effect Transducer?

Werksbeginsel van Hall Effect sensors

  • Die Hall Effect sensor werk hoofsaaklik as gevolg van die effek van Lorentz Force (dit is die krag wat 'n gelaaide deeltjie ervaar as gevolg van 'n elektriese veld of 'n magnetiese veld, dws bloot 'n elektromagnetiese veld).
  • In die teenwoordigheid van 'n bestaande eksterne magneetveld van voldoende grootte, word die elektrone in die halfgeleierplaat afgebuig na een rand van die plaat, dws die gate en die elektrone skuif na weerskante van die plaat as gevolg van die Lorentz-krag wat daarop inwerk.
  • Hiervoor is die een kant van die halfgeleier negatief gelaai, en die teenoorgestelde kant blyk positief gelaai te wees. Dit produseer 'n spanningsgradiënt oor die twee teenoorstaande kante van die reghoekige plaat as gevolg van die ophoping van teenoorgestelde ladings aan hierdie twee kante. Hierdie spanning staan ​​bekend as Hall spanning (VH), en die effek van die opwekking van hierdie meetbare Hall-spanning deur 'n eksterne magneetveld te gebruik, staan ​​bekend as die Hall-effek.
  • Om 'n potensiaalverskil te genereer sodat 'n meetbare spanning geproduseer moet word, moet die eksterne magnetiese veldlyne reghoekig met die vlak wees waar die stroom deur die plaat vloei. Daar moet ook 'n korrekte polariteit wees vir die werking van die Hall Effect-sensors.
Saal-effek-omskakelaar Werk
  • Soos die elektrone en gate van mekaar af skuif, word 'n potensiaalgradiënt gegenereer, en die skeiding neem toe totdat die krag as gevolg van die elektriese veld die krag wat deur die magnetiese veld geproduseer word, balanseer. Wanneer beide die kragte mekaar balanseer, verander die stroom nie, en die Hall-spanning wat op hierdie punt en vanaf hierdie magnetiese vloeddigtheid (B) waargeneem word, is bereken.                       
  • As die uitsetspanning lineêr afhang van die magnetiese vloeddigtheid, dan noem ons dit as lineêre Hall-effek-sensors, en as daar 'n skerp afname in die uitsetspanning by verskillende magnetiese vloeddigtheid is, word dit 'n Hall-effek-sensor genoem.
  • Ons het gehoor van induktiewe sensors wat reageer op 'n veranderende magnetiese veld, aangesien dit 'n stroom in 'n draadspoel induseer en gevolglik 'n spanning in die uitset genereer. Induktiewe sensors kan dus slegs statiese (nie-veranderende) magnetiese velde opspoor, terwyl die Hall Effect-sensors beide veranderende en nie-veranderende magnetiese veld kan opspoor.
  • Die Hall Effect-sensor kan inligting gee rakende die tipe magnetiese pool wat gebruik word om die spanning te genereer en ook die grootte van die eksterne magnetiese vloeddigtheid (B). Met behulp van 'n groep sensors kan ons die relatiewe posisie van die gebruikte magneet vind.
  • Die uitsetspanning van die Hall Effect sensor is oor die algemeen van 'n redelik klein grootte, soos 'n paar mikrovolts, selfs wanneer 'n sterk eksterne magnetiese veld oor die sensor toegepas word. Die meeste kommersieel beskikbare Hall Effect-sensors is dus gebou met 'n ingeboude GS-versterker en spanningsreguleerders om die sensor se sensitiwiteit en grootte van die uitsetspanning te verbeter.

Saal-effek-eksperiment

Maak lus Hall effek stroom sensor
Image krediet: DracheschreckGeslote-lus-saal-effek stroomsensorCC BY-SA 3.0

Analoog en digitale halleffeksensor

Hall Effect Sensor se uitset kan óf lineêr (analoog) óf digitaal wees. Die uitset van die lineêre Hall Effect sensor is direk eweredig aan die eksterne magnetiese veld, dws magnetiese vloeddigtheid wat deur die sensor gaan en die uitset word geneem vanaf die uitset van die differensiële OP-AMP. Hall-effek Lineêre (analoog) sensors het 'n deurlopende spanningsuitset wat verander volgens die sterkte van die eksterne magnetiese veldveranderinge.

Formule van Hall-effekte Sensor:

Die uitset van die lineêre Hall Effect sensor kan uitgedruk word as:

waar,

  • VH is die Hall Voltage
  • RH is die Hall-effek ko-effektief
  • I is die stroom wat deur die sensor vloei (halfgeleierplaat)
  • t is die dikte van die sensor
  • B is die eksterne magnetiese vloeddigtheid

In die geval van die Hall Effect word die digitale sensor se uitset geneem vanaf die uitset van die OPAMP, wat op sy beurt gekoppel is aan 'n Schmitt-sneller met ingeboude histerese wat ossillasies in die uitsetspanning verminder. In hierdie geval, slegs wanneer die eksterne veldsterkte hoër is as 'n spesifieke waarde in die toestel, skakel die toestel oor na die AAN-toestand van AF-toestand.

Tipe Hall-effeksensors:

Afhangende van die tipe eksterne magnetiese pool wat nodig is vir hulle om te werk, is Hall Effect sensors van twee tipes.

  1. Bipolêre
  2. unipolêre

Die twee mees algemene waarnemingskonfigurasies in 'n Hall-effek-sensor met behulp van 'n enkele magneet is kopopwaartse opsporing en sywaartse opsporing. By sywaartse opsporing is dit nodig om die magneet in 'n sywaartse beweging voor die voorkant van die Hall Effect-element te beweeg. Die magneet beweeg in die rigting van die kop op en af ​​vanaf die saalelement op 'n manier loodreg op die vlak van die element.

Hall effek sensor gebruik in enjinwaaier
BeeldkredietФигушкиKoppelaar met Hall Effect sensorCC BY 2.0

Toepassings van Hall Effect Sensors:

  • Posisie sensor: Wanneer dit in die aan/af-modus werk, dws met 'n digitale uitset, bespeur die voorkoms van magnetiese materiaal is een van die belangrike industriële toepassings van Hall Effect sensors.
  • GS transformators: Die Hall Effect sensor word gebruik om die DC magnetiese vloed te meet, en as gevolg daarvan kan die DC stroom bereken word.
  • Sleutelbord skakelaar: Vir sommige rekenaarsleutelborde word Hall Effect-skakelaars gebruik. Maar as gevolg van die relatief hoë koste daarvan, is dit beperk tot die veld van lugvaart en militêre vir hul hoë betroubaarheid.
  • Brandstofvlak-aanwyser: Die Hall Effect-sensor neem die posisie van 'n drywende element waar met behulp van posisiewaarneming en word gebruik as motorbrandstofvlakaanwyser.
  • Elektriese trapmeul: Saalsensors word hier gebruik vir spoedsensors en ook vir noodstop weens enige toevallige val. Die middellyfband van die gebruiker in die trapmeul is aan 'n trekkoord geheg wat op sy beurt aan 'n magneet geheg is. As die gebruiker per ongeluk val, raak die magneet los, en daar is 'n onderbreking in die kragtoevoer wat die masjien stop.

Vir meer elektroniese verwante artikel kliek hier

Scroll na bo