Hall Etkisi Sensörleri: Çalışma Prensibi,5 Önemli Uygulama

İçindekiler:

  • Giriş
  • Manyetik Sensörler
  • Hall Etkisi Sensörleri
  • Hall voltajı nedir (VH)?
  • Salon Katsayısı (RH)
  • Hall Etkisi Sensörlerinin Yapımı
  • Hall Etkisi Sensörünün Sembolü
  • Hall Etkisi sensörlerinin Çalışma Prensibi
  • Hall Etkisi deneyi
  • Analog ve Dijital Hall Etkisi Sensörü
  • Hall Etkisi Sensörleri Tipi
  • Hall Etkisi Sensörlerinin Uygulamaları

Manyetik Sensörler

Manyetik sensörler, tarafından üretilen manyetik alanları algılayabilen ve analiz edebilen cihazlardır. mıknatıs veya akım. Bir manyetik alanın konumundaki ve açısındaki değişikliği algılamak, uygulanan manyetik alanın kuvvetindeki veya yönündeki değişikliği algılamak gibi farklı türde uygulamalar için kullanılabilirler.

Manyetik alanın şiddetindeki bir değişikliği algılamak için kullanılan Hall Etkisi sensörü (Hall anahtarları, lineer Hall sensörleri vb.), manyetik alanın yönündeki bir değişikliği algılamak için kullanılan Manyeto Dirençli sensör gibi çeşitli manyetik sensör türleri vardır. , manyetik alanın açısındaki değişikliği algılamak için kullanılan açı sensörleri, 3D Hall sensörleri ve manyetik hız sensörleri. Hall Etkisi sensörleri, yakınlık sensörü, konum ve hız ölçümü vb. gibi çok çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Hatta bilgisayar yazıcılarında, pnömatik silindirlerde, bilgisayar klavyelerinde vb.

Manyetik sensörler genellikle yüksek hassasiyeti ve doğruluğu, temassız çalışması, nispeten düşük bakım maliyeti, kompakt tasarımı vb. nedeniyle günümüzde yüksek talep gören katı hal cihazlarıdır. endüstriyel uygulamalar mevcuttur, örneğin, sızdırmaz Hall Effect cihazları su geçirmezdir ve herhangi bir titreşime dayanacak şekilde yapılmıştır.

Manyetik sensörler, otomotiv sistemlerinde, özellikle araba koltuklarının, emniyet kemerlerinin konumunu analiz etmek ve hava yastığı sistemini kontrol etmek ve ayrıca kilitlenme önleyici fren sistemi (ABS) için tekerlek dönüş hızını algılamak için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Hall Etkisi Sensörleri

Hall Etkisi sensörleri, çıkışı manyetik sensör etrafındaki manyetik alana veya manyetik akı yoğunluğuna bağlı olan manyetik sensörlerdir.

  • “Salon” kelimesi şuradan geldi: Doktor Edwin Salonu, bu Hall Etkisini ilk kez keşfeden.
  • Akımın geçtiği nesneye dik bir dış manyetik alan varsa, manyetik alana ve akıma dik yönde bir elektromotor kuvvet üretecektir.
Hall Etkisi sensörü
Hall Etkisi sensörü cihaz 1880

Hall voltajı nedir (VH)?

Manyetik sensöre harici bir manyetik alan uygulanırsa devreye girer. Hall Etkisi sensörünün çıkış voltajı, geçen uygulanan manyetik alanın gücü ile orantılıdır. Harici alan tarafından belirli bir manyetik akı yoğunluğu eşiği aşıldıktan sonra, yaygın olarak bilinen bir çıkış voltajı üretilir. Salon voltajı (VH).

Salon Katsayısı (RH)

Manyetik yoğunluk ve uzunlamasına akım yoğunluğunun çarpımı tarafından dağıtılan Hall Etkisindeki metal şeridin birim kalınlığı başına potansiyel farkın miktarı.

Hall katsayısı R birimleriH genel olarak iletilir m3/C veya Ω·cm/G.

Hall Etkisi Sensörlerinin Yapısı:

Hall Sensör Tasarımı

Hall Etkisi sensörleri genellikle indiyum gibi dikdörtgen bir yarı iletken parçasından oluşur. üzerine monte edilmiş bir Hall probu olarak bilinen antimonit (InSb) veya galyum arsenit (GaAs) alüminyum plaka ve tamamen prob kafasının içinde kaplanmıştır. Manyetik olmayan bir malzemeden yapılmış bir sonda sapı, sonda kafasına, yarı iletkenin dikdörtgen plakasının düzlemi, sonda sapına dik olacak şekilde bağlanmıştır.

Cihaz etkinleştirildiğinde, yarı iletken üzerinden sürekli bir akım akışı meydana gelir. Harici manyetik alan çizgileri prob kafasına dik açıda ise, dosyalanmış çizgiler probun sensöründen dik açılardan geçiyorsa, “Hall etkisi” voltajı olarak bilinen bir voltaj oluşur ve cihaz bir okuma sağlar. dış alanın manyetik akı yoğunluğu (B).

Hall Etkisi Sensörünün Sembolü:

Hall Etkisi sensör sembolü, Görüntü Kredisi – grahamatwp at İngilizce VikipediOrtak Salon Sensörü SembolüCC BY-SA 3.0

Hall Etkisi Dönüştürücü Nedir?

Hall Etkisi sensörlerinin Çalışma Prensibi

  • Hall Etkisi sensörü öncelikle Lorentz Kuvvetinin etkisinden dolayı çalışır (bir elektrik alanı veya bir manyetik alan nedeniyle yüklü bir parçacığın maruz kaldığı kuvvettir, yani sadece bir elektromanyetik alan).
  • Yeterli büyüklükte mevcut bir harici manyetik alanın varlığında, yarı iletken levhadaki elektronlar levhanın bir kenarına doğru sapar, yani delikler ve elektronlar, üzerlerine etki eden Lorentz kuvveti nedeniyle levhanın her iki tarafına doğru kayar.
  • Bunun için yarı iletkenin bir tarafı negatif, diğer tarafı pozitif yüklü olur. Bu, bu iki tarafta zıt yüklerin birikmesi nedeniyle dikdörtgen levhanın iki karşıt tarafı boyunca bir voltaj gradyanı üretir. Bu voltaj Hall voltajı olarak bilinir (VH) ve bu ölçülebilir Hall voltajının harici bir manyetik alan kullanılarak üretilmesinin etkisi Hall Etkisi olarak bilinir.
  • Ölçülebilir bir voltaj üretecek şekilde potansiyel bir fark oluşturmak için, dış manyetik alan çizgileri, akımın levhadan aktığı düzleme dik açıda olmalıdır. Ayrıca Hall Effect sensörlerinin çalışması için doğru bir polarite sağlanmalıdır.
Hall etkisi dönüştürücü Çalışma
  • Elektronlar ve delikler birbirinden uzaklaştıkça, bir potansiyel gradyan üretilir ve elektrik alandan kaynaklanan kuvvet, manyetik alan tarafından üretilen kuvveti dengeleyene kadar ayırma artar. Her iki kuvvet birbirini dengelediğinde akım değişmez ve bu noktada ve bu manyetik akı yoğunluğundan (B) tespit edilen Hall gerilimi hesaplanmıştır.                       
  • Çıkış voltajı manyetik akı yoğunluğuna lineer olarak bağlıysa lineer Hall Etkisi sensörleri, farklı manyetik akı yoğunluğunda çıkış voltajında ​​keskin bir düşüş varsa eşik Hall Etkisi sensörü olarak adlandırılır.
  • Değişen bir manyetik alana tepki veren, bir tel bobininde bir akımı indükleyen ve dolayısıyla çıkışında bir voltaj oluşturan Endüktif sensörleri duyduk. Bu nedenle endüktif sensörler yalnızca statik (değişmeyen) manyetik alanları algılayabilirken Hall Etkisi sensörleri hem değişen hem de değişmeyen manyetik alanı algılayabilir.
  • Hall Etkisi sensörü, voltajı oluşturmak için kullanılan manyetik kutbun tipi ve ayrıca harici manyetik akı yoğunluğunun (B) büyüklüğü hakkında bilgi verebilir. Bir grup sensör kullanarak, kullanılan harici mıknatısın göreceli konumunu bulabiliriz.
  • Hall Etkisi sensörünün çıkış voltajı, sensöre güçlü bir harici manyetik alan uygulandığında bile birkaç mikro volt gibi genellikle oldukça küçük bir büyüklüktedir. Bu nedenle, piyasada bulunan Hall Etkisi sensörlerinin çoğu, sensörün hassasiyetini ve çıkış voltajının büyüklüğünü iyileştirmek için yerleşik bir DC amplifikatörü ve voltaj düzenleyicileri ile yapılmıştır.

Hall Etkisi Deneyi

Kapalı döngü Hall etkisi akım sensörü
Görüntü kredi: DracheschreckKapalı döngü salon etkisi akım sensörüCC BY-SA 3.0

Analog ve Dijital Hall Etkisi Sensörü

Hall Etkisi Sensörünün çıkışı lineer (analog) veya dijital olabilir. Lineer Hall Etkisi sensörünün çıkışı, harici manyetik alanla doğru orantılıdır, yani sensörden geçen manyetik akı yoğunluğu ve çıkış, diferansiyel OP-AMP'nin çıkışından alınır. Hall Etkisi Lineer (analog) sensörler, harici manyetik alan değişikliklerinin gücüne göre değişen sürekli bir voltaj çıkışına sahiptir.

Hall etkileri Sensör formülü:

Lineer Hall Etkisi sensörünün çıktısı şu şekilde ifade edilebilir:

Nerede,

  • VH Hall Gerilimi
  • RH Hall Etkisi katsayısıdır
  • I sensörden geçen akımdır (yarı iletken levha)
  • t sensörün kalınlığıdır
  • B, harici manyetik akı yoğunluğudur

Hall Etkisi durumunda dijital sensörün çıkışı, yerleşik bir Schmitt tetikleyici ile bağlanan OPAMP'ın çıkışından alınır. gecikme çıkış voltajındaki salınımları azaltır. Bu durumda sadece harici alan şiddeti cihazdaki belirli bir değerden yüksek olduğunda cihaz OFF durumundan ON durumuna geçer.

Hall Etkisi Sensörleri Tipi:

Çalışmaları için gereken harici manyetik kutbun tipine bağlı olarak Hall Etkisi sensörleri iki tiptir.

  1. Iki kutuplu
  2. tek kutuplu

Tek bir mıknatıs kullanan Hall Etkisi sensöründeki en yaygın algılama konfigürasyonlarından ikisi, Baştan Algılama ve Yan Algılamadır. Yanal algılamada, Hall Effect elemanının ön yüzünün önünde mıknatısın yanal bir hareketle hareket ettirilmesi gerekir. Kafa kafaya algılamadayken mıknatıs, hall elemanına doğru ve elemanın düzlemine dik bir şekilde ondan uzaklaşır.

Hall efekti sensörü motor fanında kullanılan
görüntü KrediФигушкиHall Etkisi sensörlü debriyajCC BY 2.0

Hall Etkisi Sensörlerinin Uygulamaları:

  • Pozisyon sensörü: Açma/kapama modunda çalışırken, yani bir dijital çıkışa sahipken, manyetik oluşumun algılanması malzemeler Hall Etkisi sensörlerinin önemli endüstriyel uygulamalarından biridir.
  • DC transformatörler: Hall Etkisi sensörü DC manyetik akıyı ölçmek için kullanılır ve sonuç olarak DC akımı hesaplanabilir.
  • Klavye anahtarı: Bazı bilgisayar klavyeleri için Hall Effect anahtarları kullanılmaktadır. Ancak nispeten yüksek maliyeti nedeniyle, yüksek güvenilirlikleri için havacılık ve askeri alanla sınırlıdır.
  • Yakıt seviyesi göstergesi: Hall Etkisi sensörü, konum algılamayı kullanarak yüzen bir elemanın konumunu algılar ve otomotiv yakıt seviyesi göstergesi olarak kullanılır.
  • Elektrikli koşu bandı: Hall sensörleri burada hız sensörleri ve ayrıca herhangi bir kaza sonucu düşme nedeniyle acil durdurma için kullanılır. Koşu bandındaki kullanıcının bel bandı, bir mıknatısa bağlı olan bir çekme kablosuna bağlıdır. Kullanıcı yanlışlıkla düşerse, mıknatıs ayrılır ve makineyi durduran güç kaynağında bir kesinti olur.

Elektronik ile ilgili daha fazla makale için buraya Tıkla

En gidin