Hallův senzor – zařízení určené k měření síly magnetického pole. Jeho práce je založena na Hallově jevu, což je jev výskytu rozdílu potenciálu v magnetickém poli, když je do něj umístěn vodič stejnosměrného proudu. Toto zařízení našlo široké uplatnění v různých zařízeních a mechanismech.
Obsah
- Historie vzniku zařízení
- Designové vlastnosti
- Princip fungování
- Typy zařízení
- Aplikace senzoru
- Použití senzorů v chytrých telefonech
Historie vzniku zařízení
Americký vědec z Baltimoru Edwin Herbert Hall na konci 19. století umístil polovodičovou desku do magnetického pole a připojil k ní elektrický proud. Tato akce vytvořila napětí na širokých stranách desky.
Tento jev se nazývá Hallův efekt a přitahuje pozornost veřejnosti. O 75 let později, kdy průmysl začal vyrábět polovodičové filmy, našel tento objev široké uplatnění v oblasti technologií. Dnes se používají senzory:
- Elektronické zapalování v autech.
- V pohonu počítače a motorech ventilátorů.
- Jako základ pro elektronický kompas v chytrých telefonech.
- V bezkontaktních elektrických zařízeních pro měření proudu a napětí.
- U některých modelů iontových proudových motorů.
První typy snímačů se začaly vyrábět v polovině 20. století. V roce 1965 američtí odborníci vytvořili polovodičové zařízení, které výrazně zlepšilo výkon zařízení. Senzory jsou považovány za prakticky věčné, protože nemají interagující a třecí prvky.
Designové vlastnosti
Polovodiče arsenidů galia a india jsou považovány za nejúčinnější materiály pro výrobu senzoru. Nejčastěji je zařízením film, jehož tloušťka nepřesahuje 10 mikronů. Senzor má tři svorky:
- napájecí zdroj se vstupním napětím 6V;
- nulový kontakt;
- výstup, ze kterého jde signál do spínače.
Svorka, ke které se napájecí zdroj hodí, je široká a zabírá celou stranu obdélníku. Výstupní svorka má bodovou elektrodu. Společný bod funguje jako nulový kontakt. Protože v nepřítomnosti magnetického pole zůstává na kontaktech malý signál, používá se pro korekci výstupních dat diferenciální zesilovač.
Mikroobvod je aplikován na substrát litografií, což zlepšuje přesnost odečtů. Obvykle se to v různých zařízeních používá ke kontrole polohy prvků mechanismu.
Princip fungování
Princip činnosti Hallova senzoru je založen na galvanomagnetickém jevu, který ukazuje výsledek interakce magnetického pole s polovodičem. Polovodič je připojen k elektrickému obvodu, který mění své vlastnosti.
Jakmile se objeví příčné napětí, okamžitě nastává Hallův jev. V tomto okamžiku je náboj nasměrován kolmo k vektoru pole. Tento jev se vysvětluje působením Lorentzovy síly na elektrony nebo díry, což vede k jejich vychýlení.
Pod vlivem této síly se částice v polovodiči pohybují různými směry v souladu se svým znaménkem. Na jedné straně desky se shromažďují elektrony (záporný náboj) a na druhé částice s kladným znaménkem.
Jak se mezi nimi hromadí náboje, vzniká elektrický tok, který jim brání v pohybu pod vlivem Lorentzovy síly. Při dosažení rovnosti této síly a magnetického pole se polovodič dostává do rovnovážné fáze. Takto funguje Hallův senzor.
Typy zařízení
Hlavním úkolem tohoto zařízení je určit sílu magnetického toku. V praxi se jedná o snímač pro určování hodnot magnetického pole. Existují dva typy senzorů:
- digitální;
- analogový.
Digitální přístroje jsou bipolární a unipolární. Bipolární prvky fungují v závislosti na polaritě magnetického pole, to znamená, že jeden zapíná senzor a druhý jej vypíná.
Unipolární zařízení se zapnou, když se objeví jakákoli polarita, a vypnou se, když se sníží. Digitální senzory měří indukci a výskyt odpovídajícího napětí, tedy přítomnost nebo nepřítomnost magnetického pole.
Přístroj zobrazí jedničku, když indukce pole dosáhne prahové hodnoty. Do tohoto okamžiku bude čidlo ukazovat nulu. Takový senzor nebude schopen detekovat přítomnost magnetického pole se slabou indukcí. Kromě toho vzdálenost k měřenému objektu ovlivní přesnost odečtů.
Aplikace senzoru
Halové měniče jsou široce používány v moderních domácích spotřebičích. S jejich pomocí se prádlo váží v pračkách. Když se jednotka spustí, věci se nejprve namočí a pak se buben začne otáčet. Podle rychlosti otáčení se určí celková hmotnost a stroj se naprogramuje na spotřebu prášku, vody a oplachového prostředku.
V sériové výrobě byly senzory poprvé použity v počítačových klávesnicích. Zde dochází k interakci snímacího prvku na desce a magnetu na klávesách. Elasticitu zajišťuje polymerový materiál, který má dlouhou životnost.
Jediné, co se může v klávesnici rozbít, je ovladač. Hallovy senzory používají elektrikáři velmi často.při měření síly proudu ve vodičích bezkontaktní svorkou. Měřič reaguje na změny v elektromagnetickém poli kolem kabelů a vodičů.
Vlivem indukčnosti měděného drátu ve svorce vzniká buzení a vzniká elektromagnetická vlna. Část jeho hodnoty odhadne čidlo, které přenáší data do regulátoru. Podle vzorců v něm vložených se provede výpočet a zobrazí se výsledek.
Senzory se v mobilních telefonech používají ke sledování nabití baterie a její spotřeby. Takový okamžik je však při provozu elektrických vozidel považován za velmi důležitý, protože přítomnost energie v nich zaujímá zvláštní místo. Hallovy snímače se používají v elektronických kompasech a jako stabilizátor obrazu v mobilních fotoaparátech.
Ale tato zařízení jsou zvláště široce používána v automobilovém průmyslu. V automobilech se používají k určení otáček motoru, polohy plynu, rychlosti vozidla a podobně. V elektronickém zapalovacím systému je použit snímač. Je umístěn v rozdělovači a nahrazuje kontakty, aby vytvořil jiskru.
Použití senzorů v chytrých telefonech
Hallovy senzory jsou díky své malé velikosti široce používány v moderních elektronických přístrojích. V chytrých telefonech pomáhají vrátit obrazovku do původní polohy, poskytují rychlý start vyhledávání GPS, prodlužují výdrž baterie a podobně.
Schopnost reagovat na magnetická pole se využívá u skládacích telefonů a notebooků. Díky přítomnosti senzoru se zařízení zapnou při otevření a vypnou při zavření obrazovky. V chytrých telefonech stejnou funkci plní senzor, který spolupracuje s magnetem zabudovaným do pouzdra knihy. Při otevření krytu se účinek pole zeslabí a senzor zapne podsvícení obrazovky. Hallův transformátor v gadgetech plní následující užitečné funkce:
- poskytuje orientaci ve vztahu k horizontu země;
- funguje jako kompas mobilního zařízení;
- provádí orientaci obrazovky.
Snímač má v zařízení videokamery nemenší význam. Spolu se speciálním mikroobvodem umožňuje upravit kvalitu obrazu. To platí zejména při večerním natáčení.
