Hall-effekt sensorer | Det er typer | 5 vigtige applikationer

Indhold:

  • Introduktion
  • Magnetiske sensorer
  • Hall effekt sensorer
  • Hvad er Hall-spænding (V.H)?
  • Hallkoefficient (RH)
  • Konstruktion af Hall Effect Sensors
  • Symbol på Hall Effect Sensor
  • Arbejdsprincip for Hall Effect sensorer
  • Hall Effect eksperiment
  • Analog og digital Hall-effektsensor
  • Type Hall-effekt sensorer
  • Anvendelser af Hall Effect Sensors

Hvad er magnetisk sensor?

Magnetiske sensorer

Magnetiske sensorer er enheder, der er i stand til at detektere og analysere magnetfelter genereret af magnet eller nuværende. De kan bruges til forskellige slags applikationer, såsom at føle ændringen i positionen og vinklen på et magnetfelt, at registrere ændringen i styrke eller retningen af ​​det påførte magnetfelt osv.

Der findes forskellige typer magnetiske sensorer som Hall Effect sensor (Hall switches, lineære Hall sensorer osv.), Der bruges til at detektere en ændring i magnetfeltets styrke, Magneto Resistive sensor, der bruges til at detektere en ændring i magnetfeltets retning , vinkelsensorer, der bruges til at detektere en ændring i et magnetfelts vinkel, 3D Hall-sensorer og såvel som magnetiske hastighedsfølere. Hall Effect-sensorer anvendes i en lang række applikationer, såsom nærhedsføler, måling af position og hastighed osv. De bruges endda i computerprinter, pneumatisk cylinder, computertastaturer osv.

Magnetiske sensorer er generelt en solid state-enhed, der er i høj efterspørgsel nu om dagen på grund af sin høje præcision og nøjagtighed, kontakt mindre drift, forholdsvis lave vedligeholdelsesomkostninger, kompakt design osv. Nu om dagen kerneløse magnetiske sensorer dedikeret til forskellige slags industrielle applikationer er tilgængelige, for eksempel forseglede Hall Effect-enheder er vandtætte og er lavet på en sådan måde, at de også modstår vibrationer.

Magnetiske sensorer anvendes i vid udstrækning i bilsystemer, især til at analysere placeringen af ​​bilsæder, sikkerhedsseler og til styring af airbag-systemet og også til detektion af hjulets omdrejningshastighed til blokeringsfri bremsesystem (ABS).

Hall effekt sensorer

Hall-effekt-sensorer er magnetiske sensorer, hvis output afhænger af magnetfeltet eller magnetisk fluxdensitet omkring den magnetiske sensor.

  • Ordet ”Hall” kom fra Dr. Edwin Hall, der opdagede denne Hall-effekt for første gang.
  • Hvis der er et eksternt magnetfelt lodret til objektet, gennem hvilket strøm passerer, genererer en elektromotorisk kraft i retningen vinkelret på magnetfeltet og til strømmen.
Hall-effekt-sensor
Hall-effekt-sensor enhed 1880

Hvad er Hall-spænding (V.H)?

Hvis der påføres et eksternt magnetfelt i den magnetiske sensor, aktiveres det. Hall Effect-sensorens udgangsspænding er proportional med styrken af ​​det anvendte magnetfelt, der passerer forbi. Efter at en bestemt tærskel for magnetisk fluxdensitet er overskredet af det eksterne felt, genereres en udgangsspænding, som almindeligvis er kendt som Hall spænding (V.H).

Hallkoefficient (RH)

Mængden af ​​den potentielle forskel pr. Tykkelse af metalstribe i Hall-effekten fordelt på produktet af den magnetiske intensitet og den langsgående strømtæthed.

Enhederne med Hall-koefficient RH overføres generelt som m3/ C eller Ω · cm / G.

Konstruktion af Hall Effect Sensors:

Hall sensordesign

Hall Effect-sensorer består generelt af et rektangulært stykke halvleder såsom indium antimonit (InSb) eller galliumarsenid (GaAs) kendt som en Hall-probe monteret på en aluminiumsplade og dækket helt inde i probehovedet. Et sondehåndtag, der består af et ikke-magnetisk materiale, er forbundet med sondehovedet, således at planet for den rektangulære halvlederplade er vinkelret på sondehåndtaget.

Når enheden aktiveres, sker der en kontinuerlig strøm af strøm gennem halvlederen. Hvis de eksterne magnetiske feltlinjer er vinkelrette på sondehovedet, således at de arkiverede linjer passerer gennem de rette vinkler gennem sensoren på sonden, stammer en spænding, der kaldes "Hall-effekt" -spændingen, og enheden giver en aflæsning af magnetisk fluxdensitet (B) af det eksterne felt.

Symbol på Hall Effect Sensor:

Hall-effekt sensorer | Det er typer | 5 vigtige applikationer
Hall-effektsensorsymbol, billedkredit - Grahamatwp at Engelsk WikipediaCommon Hall-sensorsymbolCC BY-SA 3.0

Hvad er Hall Effect Transducer?

Arbejdsprincip for Hall Effect sensorer

  • Hall Effect-sensoren fungerer primært på grund af effekten af ​​Lorentz Force (det er den kraft, der opleves af en ladet partikel på grund af et elektrisk felt eller et magnetfelt, dvs. blot et elektromagnetisk felt).
  • I nærvær af et eksisterende eksternt magnetfelt af tilstrækkelig størrelse afbøjes elektronerne i halvlederpladen mod den ene kant af pladen, dvs. hullerne og elektronerne skifter mod hver side af pladen på grund af Lorentz-kraften, der virker på dem.
  • Til dette er den ene side af halvlederen negativt ladet, og den modsatte side viser sig at være positiv ladet. Dette frembringer en spændingsgradient på tværs af de to modsatte sider af den rektangulære plade på grund af ophobning af modsatte ladninger på disse to sider. Denne spænding er kendt som Hall-spænding (V.H), og effekten af ​​at generere denne målbare Hall-spænding ved hjælp af et eksternt magnetfelt er kendt som Hall-effekten.
  • For at generere en potentiel forskel således, at der produceres en målelig spænding, skal de eksterne magnetiske feltlinjer være i en ret vinkel i forhold til det plan, hvor strømmen strømmer gennem pladen. Der skal også være en korrekt polaritet for, at Hall Effect-sensorerne fungerer.
Hall-effekt sensorer | Det er typer | 5 vigtige applikationer
Hall-effekt transducer Arbejder
  • Når elektronerne og hullerne skifter fra hinanden, genereres en potentiel gradient, og adskillelsen øges, indtil kraften på grund af det elektriske felt afbalancerer kraften produceret af magnetfeltet. Når begge kræfter balancerer hinanden, ændres strømmen ikke, og Hall-spændingen, der detekteres på dette tidspunkt og ud fra denne magnetiske fluxdensitet (B), er beregnet.                       
  • Hvis udgangsspændingen afhænger lineært af magnetisk fluxdensitet, kalder vi det som lineære Hall Effect-sensorer, og hvis der er et kraftigt fald i udgangsspændingen ved forskellige magnetiske fluxdensiteter, kaldes det som tærskel Hall Effect-sensor.
  • Vi har hørt om induktive sensorer, der reagerer på et skiftende magnetfelt, da det inducerer en strøm i en trådspole og dermed genererer en spænding i dets output. Derfor kan induktive sensorer kun registrere statiske (ikke-skiftende) magnetfelter, mens Hall Effect-sensorer kan detektere både skiftende og ikke-skiftende magnetfelt.
  • Hall Effect-sensoren kan give oplysninger om typen af ​​magnetpol, der bruges til at generere spændingen, og også størrelsen af ​​den eksterne magnetiske fluxdensitet (B). Ved hjælp af en gruppe sensorer kan vi finde den relative position af den anvendte eksterne magnet.
  • Hall Effect-sensorens udgangsspænding har generelt en ganske lille størrelse, ligesom et par mikrovolt, selv når der påføres et stærkt eksternt magnetfelt på tværs af sensoren. Derfor er de fleste kommercielt tilgængelige Hall Effect-sensorer konstrueret med en indbygget DC-forstærker og spændingsregulatorer for at forbedre sensorens følsomhed og størrelsen af ​​udgangsspændingen.

Hall-effekt-eksperiment

Hall-effekt sensorer | Det er typer | 5 vigtige applikationer
Luk loop Hall-effektstrømsensor
Image credit: DracheschreckLukket kredsløb hall effekt strøm sensorCC BY-SA 3.0

Analog og digital Hall-effektsensor

Hall Effect Sensors output kan enten være lineær (analog) eller digital. Outputtet fra den lineære Hall Effect-sensor er direkte proportionalt med det eksterne magnetiske felt, dvs. magnetisk fluxdensitet, der passerer gennem sensoren, og output er taget fra output fra differentieret OP-AMP. Hall Effect Lineære (analoge) sensorer har en kontinuerlig spændingsoutput, der ændres efter styrken af ​​de eksterne magnetfeltændringer.

Formel af Hall effekter-sensor:

Outputtet fra den lineære Hall Effect-sensor kan udtrykkes som:

Hall-effekt sensorer | Det er typer | 5 vigtige applikationer

Hvor,

  • VH er Hall Voltage
  • RH er Hall Effect co-effektiv
  • Jeg er strømmen, der strømmer gennem sensoren (halvlederplade)
  • t er sensorens tykkelse
  • B er den eksterne magnetiske fluxdensitet

I tilfælde af Hall Effect digital sensor er output taget fra output fra OPAMP, som igen er forbundet med en Schmitt-trigger med indbygget hysterese, der reducerer svingninger i udgangsspændingen. I dette tilfælde skifter enheden kun til TIL-tilstand fra FRA-tilstand, når den eksterne feltstyrke er højere end en bestemt værdi i enheden.

Type af hall-effekt sensorer:

Afhængig af typen af ​​den eksterne magnetiske pol, der kræves for at de kan fungere, er Hall Effect-sensorer af to typer.

  1. Bipolar
  2. unipolær

De to af de mest almindelige senseringskonfigurationer i en Hall Effect-sensor ved hjælp af en enkelt magnet er head-on-detektion og sidelæns detektion. Ved sidelæns detektion er det nødvendigt at bevæge magneten i en sideværts bevægelse foran Hall Effect-elementets overflade. Mens det er ved front-til-detektion, bevæger magneten sig mod og væk fra hallelementet på en måde vinkelret på elementets plan.

Hall-effekt sensorer | Det er typer | 5 vigtige applikationer
Hall effekt sensor bruges i motorblæser
BilledkreditÐ¤Ð¸Ð³Ñ ?? Ñ ?? киKobling med Hall Effect sensorCC BY 2.0

Anvendelser af Hall Effect Sensors:

  • Positionssensor: Når man arbejder i tænd / sluk-tilstand, dvs. med en digital udgang, er detektering af forekomsten af ​​magnetiske materialer en af ​​de vigtige industrielle anvendelser af Hall Effect-sensorer.
  • DC-transformere: Hall Effect-sensoren bruges til at måle DC magnetisk flux, og som et resultat kan DC-strømmen beregnes.
  • Tastaturafbryder: For nogle computertastaturer anvendes Hall Effect-switche. Men på grund af de forholdsvis høje omkostninger er det begrænset til luftfarts- og militærområdet for deres høje pålidelighed.
  • Brændstofniveauindikator: Hall Effect-sensoren registrerer positionen af ​​et flydende element ved hjælp af positionssensor og anvendes som bilindikator for brændstofniveau.
  • Elektrisk løbebånd: Hall-sensorer bruges her til hastighedssensorer og også til nødstop på grund af utilsigtet fald. Brugerens linning i løbebåndet er fastgjort til en trækledning, der igen er fastgjort til en magnet. Hvis brugeren ved et uheld falder ned, løsnes magneten, og der er en afbrydelse af strømforsyningen, som stopper maskinen.

For mere elektronikrelateret artikel Klik her

Om Amrit Shaw

Hall-effekt sensorer | Det er typer | 5 vigtige applikationerOpret forbindelse til vores tidligere forfatter: LinkedIn (https://www.linkedin.com/in/amrit-shaw/)

en English
X