Halli andur: seade, tööpõhimõte, muunduri tüübid ja rakendused

Halli andur – seade, mis on ette nähtud magnetvälja tugevuse mõõtmiseks. Selle töö põhineb Halli efektil, mis on magnetvälja potentsiaalsete erinevuste ilmnemise nähtus, kui sellesse asetatakse alalisvoolujuht. See seade on leidnud laialdast rakendust erinevates seadmetes ja mehhanismides.

Seadme loomise ajalugu

19. sajandi lõpus asetas Baltimore'ist pärit Ameerika teadlane Edwin Herbert Hall pooljuhtplaadi magnetvälja ja ühendas sellega elektrivoolu. See tegevus tekitas pinget plaadi laiadele külgedele.

Seda nähtust nimetatakse Halli efektiks ja see on pälvinud avalikkuse tähelepanu. 75 aastat hiljem, kui tööstus hakkas pooljuhtkilesid tootma, on see avastus leidnud laialdast rakendust tehnoloogia valdkonnas. Tänapäeval kasutatakse andureid:

1. Elektrooniline süüde autodes.
2. Arvutiajamites ja ventilaatorimootorites.
3. Nutitelefonide elektroonilise kompassi alusena.
4. Kontaktivabades elektriseadmetes voolu ja pinge mõõtmiseks.
5. Mõnedes ioonreaktiivmootorite mudelites.

Esimest tüüpi andureid hakati tootma 20. sajandi keskel. 1965. aastal lõid Ameerika eksperdid tahkisseadme, mis parandas oluliselt seadmete jõudlust. Andureid peetakse praktiliselt igavesteks, kuna neil ei ole interakteeruvaid ja hõõrduvaid elemente.

Disaini omadused

Anduri valmistamisel peetakse kõige tõhusamateks materjalideks gallium- ja indiumarseniidi pooljuhte. Kõige sagedamini on seade kile, mille paksus ei ületa 10 mikronit. Anduril on kolm terminali:

• toiteallikas sisendpingega 6V;
• null kontakt;
• väljund, millest signaal läheb lülitisse.

Klemm, millele toiteallikas sobib, on lai ja hõivab kogu ristküliku külje. Väljundklemmil on punktelektrood. Ühine punkt toimib nullkontaktina. Kuna magnetvälja puudumisel jääb kontaktidele väike signaal, kasutatakse väljundandmete korrigeerimiseks diferentsiaalvõimendit.

Mikroskeem kantakse substraadile litograafia abil, mis parandab näitude täpsust. Tavaliselt kasutatakse seda erinevates seadmetes mehhanismi elementide asukoha kontrollimiseks.

Tööpõhimõte

Halli anduri tööpõhimõte põhineb galvanomagnetilisel nähtusel, mis näitab magnetvälja ja pooljuhi vastasmõju tulemust. Pooljuht on ühendatud elektriahelaga, mis muudab selle omadusi.

Niipea, kui ilmneb põikpinge, tekib kohe Halli efekt. Sel hetkel on laeng suunatud väljavektoriga risti. Seda nähtust seletatakse Lorentzi jõu mõjuga elektronidele või aukudele, mis põhjustab nende läbipainde.

Selle jõu mõjul liiguvad osakesed pooljuhis vastavalt oma märgile eri suundades. Plaadi ühele küljele kogutakse elektronid (negatiivne laeng) ja teisele poole positiivse märgiga osakesed.

Laengute kogunemisel nende vahele tekib elektrivool, mis ei lase neil Lorentzi jõu mõjul liikuda. Selle jõu ja magnetvälja võrdsuse saavutamisel siseneb pooljuht tasakaalufaasi. Nii töötab Halli andur.

Seadmete tüübid

Selle seadme põhiülesanne on määrata magnetvoo tugevus. Praktikas on see andur magnetvälja väärtuste määramiseks. Andureid on kahte tüüpi:

• digitaalne;
• analoog.

Digitaalsed instrumendid on bipolaarsed ja unipolaarsed. Bipolaarsed elemendid töötavad sõltuvalt magnetvälja polaarsusest, see tähendab, et üks lülitab anduri sisse ja teine ​​​​välja.

Unipolaarsed seadmed lülituvad sisse, kui polaarsus ilmub, ja välja, kui see väheneb. Digitaalsed andurid mõõdavad induktsiooni ja vastava pinge tekkimist ehk magnetvälja olemasolu või puudumist.

Seade kuvab ühe, kui välja induktsioon jõuab läviväärtuseni. Seni näitab andur nulli. Selline andur ei suuda tuvastada nõrga induktsiooniga magnetvälja olemasolu. Lisaks mõjutab kaugus mõõdetud objektist näitude täpsust.

Anduri rakendus

Halli muundureid kasutatakse laialdaselt kaasaegsetes kodumasinates. Nende abiga kaalutakse pesu pesumasinates. Seadme käivitamisel saavad asjad kõigepealt märjaks ja seejärel hakkab trummel pöörlema. Kogumassi määrab selle pöörlemiskiirus ning masin on programmeeritud pulbri, vee ja loputusvahendi tarbimiseks.

Seeriatootmises hakati andureid kasutama arvutiklaviatuurides. Siin toimub tahvlil oleva sensorelemendi ja klahvide magneti koostoime. Elastsuse tagab polümeermaterjal, millel on pikk kasutusiga.

Ainus, mis võib klaviatuuris puruneda, on kontroller. Halli andureid kasutavad elektrikud väga sageli.voolutugevuse mõõtmisel juhtmetes kontaktivaba klambriga. Arvesti reageerib muutustele kaablite ja juhtmete ümber toimuvas elektromagnetväljas.

Klambris oleva vasktraadi induktiivsuse tõttu tekib ergastus ja tekib elektromagnetlaine. Osa selle väärtusest hindab andur, mis edastab andmed kontrollerile. Sellesse manustatud valemite järgi tehakse arvutus ja kuvatakse tulemus.

Andureid kasutatakse mobiiltelefonides aku laetuse ja selle tarbimise jälgimiseks. Kuid sellist hetke peetakse elektrisõidukite töös väga oluliseks, kuna energia olemasolu neis on erilisel kohal. Hall-andureid kasutatakse elektroonilistes kompassides ja pildistabilisaatorina mobiilsetes kaamerates.

Kuid neid seadmeid kasutatakse eriti laialdaselt autotööstuses. Autodes kasutatakse neid mootori pöörlemiskiiruse, gaasihoova asendi, sõiduki kiiruse jms määramiseks. Elektroonilises süütesüsteemis kasutatakse andurit. See asub jaoturis ja asendab kontakte, et moodustada säde.

Andurite kasutamine nutitelefonides

Tänu oma väiksusele on Halli andurid laialdaselt kasutusel tänapäevastes elektroonilistes vidinates. Nutitelefonides aitavad need taastada ekraani algsesse asendisse, pakuvad kiiret GPS-otsingu käivitamist, pikendavad aku tööiga jne.

Magnetväljadele reageerimise võimet kasutatakse kokkupandavates telefonides ja sülearvutites. Tänu anduri olemasolule lülituvad seadmed avamisel sisse ja ekraani sulgemisel välja. Nutitelefonides täidab sama funktsiooni andur, mis suhtleb raamatu kaane sisse ehitatud magnetiga. Katte avamisel välja mõju nõrgeneb ja andur lülitab sisse ekraani taustvalgustuse. Vidinate Halli trafo täidab järgmisi kasulikke funktsioone:

• annab orienteerumise maa horisondi suhtes;
• töötab mobiilseadme kompassina;
• teostab ekraani orientatsiooni.

Videokaamera seadmes pole sensoril vähe tähtsust. Koos spetsiaalse mikroskeemiga võimaldab see reguleerida pildikvaliteeti. See kehtib eriti õhtul filmimisel.