Hall sensor

Hall Effect Sensor er et lille følsomt element, der gør det muligt at spore ændringer i magnetfeltet. Opdagelsen er allerede 100 år gammel, og fænomenet bag handlingsprincippet har været kendt siden 1879, men kun i de sidste par årtier er produkter blevet en integreret del af eksemplerne på teknologiske fremskridt.

Hall Effect

Edwin Hall viste, at der i retningen tværgående til magnetfeltet er en emf genereret i lederen, når DC strøm strømmer gennem den. I praksis ser det ud til forekomsten af ​​potentialer på kanterne af en metalstrimmel, når en magnet bringes til strimlen. Som følge heraf bliver det muligt at registrere det faktum at nærme sensoren. Den potentielle forskel afhænger for det meste af:

1. Størrelsen af ​​den strømende likestrøm.
2. Magnetisk feltstyrke.
3. Mobilitet og koncentration af ladningsbærere i materialet.

Indtil 1950'erne, da mikrobølgestråleregistreringen først blev oprettet, blev Hall-effekten ikke anvendt uden for laboratorierne. I massens svømning, der blev lanceret af producenter af computerens tastaturer, viste det sig sig at være interesseret i at finde en kontaktløs måde at registrere nøglerne på og finde en i 1968.Solid state-sensoren, opfundet i 1965 af Joe Mopin og Everett Wortman, forbedrede udstyrets egenskaber betydeligt. Nu opleves industrien en årlig stigning i behovet for Hall sensorer, en anslået top fem af fremstillingsvirksomheder indsamler 2 milliarder dollars i omsætning.

I dag bruger Hall sensorer på grund af denne funktion - de er næsten evige, indeholder ikke bevægelige og gnide dele. På tastaturet er det ikke det følsomme element, der bryder, men controlleren. Der er vira, der kan omprogrammere en chip og inficere en computer. .. via USB tastaturer. Forresten har de hemmelige tjenester længe antaget en metode til at spionere, men der er simpelthen ingen effektiv beskyttelse mod sårbarhed.

Hall-effekten manifesteres i lederen, jo stærkere, jo lavere bærerkoncentrationen og jo større mobiliteten. Metaller( på grundlag af hvilke fænomenet først blev påvist) betragtes ikke som et ideelt materiale til skabelse af sensorer. I høj grad er halvledere egnede til dette formål. Samtidig reducerer dette kraftigt omkostningerne og øger foreningen af ​​masseproduktion.

Lad os se, hvordan Hall-sensoren fungerer. Forestil dig en halvlederstrimmel, hvorigennem strømmen strømmer. I mangel af ydre forstyrrelser er der skabt et elektrisk felt indvendigt, som sætter laderen på plads. Antag nu at linjer i et konstant magnetfelt opstår vinkelret på strimlens overflade. Lorentz 'fremvækst vil være den venstrehåndsregel til at handle på processen. Husk at retningen bestemmes som følger: "Hvis du placerer din venstre hånd på en sådan måde, at magnetfeltlinjerne er vinkelret på din håndflade, og dine udstrakte fingre ser i retning af ladningsbevægelsen( i fysik, positivt ladede partikler og ikke negative elektroner)vil pege i retning af Lorentz-styrken. "

Der er ingen gåder i Hall-effekten. Lorentz-formuleringen blev foreslået et godt dusin år senere - i 1892 - før folk fandt ud af, at en guldplade udgør en potentiel forskel i enderne, når strømmen strømmer. Påvirkningen af ​​magnetfeltet på ledere i 1831 blev tydeligt udtrykt af Michael Faraday, takket være en hemmelig beundrer, som verden lærte om generatorer og motorer. Det er endnu ikke kendt, hvem der drev den første DC-motor. Når reverseret løbegenerator.

Hall Effect åbnede i 1879 ved basen af ​​Johns Hopkins University i Baltimore. Edwin forsøgte at teste Kelvin-teorien, der blev udtalt tredive år tidligere, arbejder aktivt for at studere effekten af ​​et magnetfelt på en guldplade. Forskeren introducerede en koefficient, der viser den producerede effekt afhængigt af produktet af det anvendte magnetfelt og strømningsstrømmen. Værdien afhænger naturligvis af materialets egenskaber.Øjeblikket er allerede diskuteret.

Hall Effects of Hall Sensorer

Eksperter peger på følgende fordele ved Hall sensorer:

1. Lang levetid( for tastaturet - 30 milliarder klik).
2. Manglende bevægelige dele( solid-state elektronik), der klart forenkler designet med høje krav til vibrationer og stød.
3. Evne til at arbejde ved frekvenser af forandring af magnetfeltet op til 100 kHz.
4. Enkel kombination med de logiske niveauer af digitale teknologisignaler.
5. Bredt arbejdstemperaturområde( fra minus 40 til plus 150 grader Celsius).
6. Høj måle repeterbarhed, som gør det nemt at tørre instrumenter baseret på Hall sensorer.

Hall Sensorer

Design Under drift manifesterede traditionelle halvledermaterialer - gallium og indiumarsenider - sig selv perfekt. Hall sensor er typisk en lille plade, hvis modstående flader er parrede elektroder. Feeding bredt og placeret på siden af ​​rektanglet. Hvor signalet er taget - det enkleste punkt. I en hvilken som helst ordning er et fælles punkt markeret( neutral wire, neutral), summen af ​​kontakterne er tre. Negative linjer kombineres.

Eksperter bemærker, at selv i mangel af et magnetfelt på elektroderne er der normalt et lille signal. Dette skyldes ikke vores planetens indflydelse, som læserne vil tænke. Potentialet langs pladens sidekant er ujævnt fordelt. Og det er ikke altid tilrådeligt at identificere tilsvarende punkter. Det er nemmere at tåle elektronik parret med sensoren eller at blive styret af punktpulser, som ofte gøres i praksis. Differentialforstærkere bruges ofte til korrektion( kun en signalændring er output).

-sensordesign Tykkelsen på lederfilmen er sædvanligvis lille, næsten 10 μm. Til deponering på et substrat ved anvendelse af litografimetoden. Dette giver dig mulighed for at oprette Hall sensorer med et lille følsomt område, hvilket i høj grad og ofte øger målingernes nøjagtighed, fordi overfladen er lille. I instrumenter bruges dette til at vurdere placeringen af ​​mekanismer. Imidlertid registrerer småstørrelsesfølere et relativt lavt respons målt i W / T( udgangseffekten af ​​det anvendelige signal afhængigt af magnetfeltets spænding).For serielle Hall sensorer varierer parameteren normalt fra 0,03 til 1.

I praksis ser det ud som en pulsgenerator. Antag, at der er en række magneter på maskinens motoraksel, med et sving produceres et vist antal toppe. Som resultat heraf vurderer den elektroniske påfyldning rotationshastigheden, rotorens vinkelposition, som f.eks. Anvendes i ventilmotorer( med elektronisk omkobling af viklinger).

Vi afgiver og forklarer hvorfor den lille Hall sensor har et svagt respons. Amplituden af ​​de genererede impulser afhænger af den strømende likestrøm, men den kan ikke være stor, ellers vil lederfilmen( med en tilstrækkelig stor modstand) overophedes og brænde. Derfor ligger gyldige værdier( i ampere) fra 5 til 50 mA.

Anvendelse af Hall Sensorer

1. Hall sensorer er meget udbredt i husholdningsapparater. Et veltalende eksempel er vaskemaskiner. Brugere bryder deres sind, som i avancerede modeller, vaskes vasken. Netværket indeholder patenter, hvor det foreslås at løse problemopbygningen ved hjælp af fjedre eller belastningsmåler. Sådanne indretninger er ikke i stand til stor pålidelighed, med risiko for konstant at blive udsat for deformationer. Derudover er et par mursten anbragt på tanken, hvilket betyder, at strukturens samlede vægt er stor, hvilket pålægger begrænsninger. I praksis vaskes tøjet først i vaskerier, da den samlede masse estimeres ud fra hastigheden af ​​tromleaccelerationen. Dette er vægten af ​​vasketøjet, som yderligere bestemmer programmet for udstyrets arbejde, forbruget af pulver, vand, skylning.
2. I computer tastaturer indledte Hall sensorer først masseproduktionen. Normalt er der et følsomt element på underlaget, en magnet er monteret på nøglen. Det er klart, at der ikke er flere fjedre inde i det moderne tastatur, og den elastiske kraft er skabt af polymerer med et højt levetid. Løsningen er yderst vellykket: det er ikke sensoren, der bryder sammen, og den mekaniske del er ikke elastisk, regulatoren fejler.
3. Hall sensor kan bruges til at måle strøm( som i aktuelle tang).Enheden kan reagere på ændringer i det elektromagnetiske felt, der omgiver ledningen. En såkaldt excitationsvikling( induktans fra kobbertråd) er skabt. Den målte strøm tilføres til krane, hvilket resulterer i en elektromagnetisk bølge, en del estimeres af Hall-sensoren. Svaret afhænger direkte af den målte værdi. Beregningen udføres i overensstemmelse med de formler, der er fastlagt, for eksempel i styreenheden. For nøjagtighed er instrumentet kalibreret af fabrikanten. Og de ovennævnte fordele forbliver først og fremmest - fraværet af bevægelige dele. På samme måde bliver det ved hjælp af Hall sensorer muligt at måle kraft.
   

   Anvendelsen af ​​sensoren

4. Konvertere DC til AC spænding betragtes som et eksempel på oprettelsen af ​​en generator. Hvis Hall-sensoren er i et vekslende magnetfelt, gentager spændingen ved udgangen formen. Effektiviteten af ​​enheden har ikke en høj værdi. Men designet forenkles til det maksimale, det bliver muligt at overføre magnetfeltets form direkte til den elektriske strøm.
5. I forbindelse med de ovenfor beskrevne fakta bemærker vi, at Hall sensorer giver dig mulighed for at styre strømmen og fuld opladning af batterier( ved at måle strømmen og integrere den over tid).Dette medfører muligheden for deres brede anvendelse. For eksempel i mobiltelefoner( op til 37% af markedet).Men eksperter mener, at den mest lovende retning er det elektriske køretøjs segment, hvor spørgsmålet om tilgængelighed af energi vil være afgørende.
6. På grund af forekomsten af ​​Jordens magnetfelt bliver det muligt at skabe kompasser baseret på Hall sensorer. Det eneste problem er, at værdien i Tl er ujævn over overfladen af ​​kontinenter og kontinenter, og input af korrektionsmetoder er påkrævet. På grund af denne effekt arbejder automatiske billedstabiliseringssystemer til videokameraer af mobile enheder nogle gange.
7. Lidt er kendt, men bilindustrien står for 52% af udbyttet fra udgivelsen af ​​Hall sensorer. I denne industri er det nødvendigt at måle hjulets rotationshastighed, krumtapaksel og kamaksel. Læsere har allerede gættet, at Hall-sensoren vil hjælpe med at bestemme positionen for gasventilen, styring. Bilmarkedet er blevet den vigtigste drivkraft for yderligere forbedring af enheder. Nogle systemer betragtes som de facto-standarden( ASIC, ASSP, ESC / ESP osv.) På brøl, og Hall sensorer tager en aktiv rolle i dem.