Hall-anturi

Hall Effect Sensor on pieni herkkä elementti, jonka avulla voit seurata magneettikentän muutoksia. Löytö on jo muuttunut 100-vuotiaaksi, ja toimintaperiaatteen taustalla oleva ilmiö on ollut tiedossa vuodesta 1879, mutta vain viime vuosikymmeninä tuotteista on tullut erottamaton osa teknologisen kehityksen esimerkkejä.

Hall Effect

Edwin Hall osoitti, että magneettikenttään poikittaiseen suuntaan johtimessa syntyy emf, kun tasavirta virtaa sen läpi. Käytännössä näyttää siltä, ​​että metalliliuskan reunoilla on potentiaalia, kun magneetti tuodaan nauhaan. Tämän seurauksena on mahdollista tallentaa tunnistimen lähestymisen tosiasia. Mahdollinen ero riippuu enimmäkseen seuraavista:

1. Virtaavan tasavirran suuruus.
2. Magneettikentän voimakkuus.
3. Liikkuvuus ja varauskantojen pitoisuus materiaalissa.

1950-luvulle asti, kun mikroaaltouunitallennin luotiin ensimmäisen kerran, Hall-vaikutusta ei sovellettu laboratorioiden ulkopuolelle. Tietokoneen näppäimistöjen valmistajien käynnistämässä massakylpyksessä ilmeni, että huolenaiheet olivat kiinnostuneita löytämään yhteystapa avainten sijainnin rekisteröimiseksi ja löytänyt sen vuonna 1968.Joe Mopinin ja Everett Wortmanin vuonna 1965 keksimä solid-state-anturi parani huomattavasti laitteen ominaisuuksia. Nyt teollisuus kokee Hall-antureiden tarvetta vuosittain, ja arviolta viisi suurinta valmistajaa kerää 2 miljardia dollaria tuloja.

Tänään Hall-anturit käyttävät tätä ominaisuutta - ne ovat lähes ikuisia, eivät sisällä liikkuvia ja hankaavia osia. Näppäimistössä ei ole herkkä elementti, vaan ohjain. On viruksia, jotka voivat ohjelmoida sirun uudelleen ja tartuttaa tietokoneen. .. USB-näppäimistöillä.Muuten, salaiset palvelut ovat pitkään hyväksyneet menetelmän vakoilua varten, mutta ei yksinkertaisesti ole tehokasta suojaa haavoittuvuutta vastaan.

Hall-vaikutus ilmenee johtimessa, sitä vahvempi, sitä pienempi kantoaallon konsentraatio ja sitä suurempi liikkuvuus. Metalleja( joiden perusteella ilmiö ensimmäistä kertaa osoitettiin) ei pidetä ihanteellisena materiaalina antureiden luomisessa. Puolijohdet soveltuvat tähän tarkoitukseen huomattavasti enemmän. Samalla tämä vähentää huomattavasti kustannuksia ja lisää massatuotannon yhdistymistä.

Katsotaanpa, miten Hall-anturi toimii. Kuvittele puolijohdeliuskaa, jota pitkin suoravirta virtaa. Ulkoisten häiriöiden puuttuessa syntyy sisälle sähkökenttä, joka asettaa latauskannattimet liikkeelle. Oletetaan nyt, että vakion magneettikentän linjat nousevat kohtisuoraan nauhan pintaan nähden. Lorentzin kehittyvä voima on vasemman käden sääntö, joka toimii prosessissa. Muista, että suunta määritetään seuraavasti: ”Jos asetat vasemman käden niin, että magneettikentän linjat ovat kohtisuorassa kämmenellesi, ja ulkonevat sormet näyttävät latauksen suunnassa( fysiikassa, positiivisesti varautuneissa hiukkasissa, ei negatiivisissa elektroneissa)osoittaa Lorentzin voiman toiminnan suuntaan. "

Hall-efektissä ei ole arvoituksia. Lorentzin kaava ehdotettiin hyväksi kymmenen vuotta myöhemmin - vuonna 1892 - ennen kuin ihmiset huomasivat, että kulta-levy muodostaa potentiaalisen eron päissä, kun tasavirta virtaa. Michael Faraday ilmaisi selkeästi magneettikentän vaikutuksen johtimiin vuonna 1831, kiitos salaisesta ihailijasta, jonka maailma sai tietää generaattoreista ja moottoreista. Ei vielä tiedetä, kuka on ensimmäinen DC-moottori. Käänteinen juoksugeneraattori.

Hall Effect avattiin vuonna 1879 Johns Hopkinsin yliopiston Baltimoressa. Edwin yritti testata Kelvin-teoriaa, joka oli äänestetty kolmekymmentä vuotta aikaisemmin, työskenteli aktiivisesti tutkiakseen magneettikentän vaikutusta kultalevyyn. Tutkija esitteli kertoimen, joka osoittaa tuotetun vaikutuksen riippuen käytetyn magneettikentän tuotteesta ja virtaavasta virrasta. Ilmeisesti arvo riippuu materiaalin ominaisuuksista. Aika on jo keskusteltu.

Hall Hall -antureiden vaikutukset

-asiantuntijat huomauttavat Hall-antureiden seuraavista eduista:

1. Pitkä käyttöikä( näppäimistölle - 30 miljardia napsautusta).
2. Liikkuvien osien puuttuminen( kiinteä elektroniikka), joka selkeyttää selkeästi muotoilua tärinää ja iskuja vastaan.
3. Kyky työskennellä magneettikentän vaihtumisnopeuksilla 100 kHz: iin asti.
4. Yksinkertainen yhdistelmä digitaalisen teknologian signaalien loogisten tasojen kanssa.
5. Laaja käyttölämpötila-alue( miinus 40 - 150 ° C).
6. Korkea mittaus toistettavuus, jonka avulla on helppo hallita Hall-antureihin perustuvia instrumentteja.

Hall -anturit

-suunnittelu Suunnittelu Perinteiset puolijohdemateriaalit - gallium ja indium-arsenidit - ilmenevät käytön aikana täydellisesti. Tyypillisesti Hall-anturi on pieni levy, jonka vastakkaiset pinnat ovat pareittain elektrodeja. Leveä ja sijaitsee suorakulmion puolella. Kun signaali otetaan - yksinkertaisin kohta. Missä tahansa järjestelmässä on merkitty yhteinen piste( neutraali lanka, neutraali), yhteystietojen summa on kolme. Negatiiviset rivit yhdistetään.

Asiantuntijat toteavat, että vaikka elektrodeilla ei olisi magneettikenttää, on yleensä pieni signaali. Tämä ei johdu planeettamme vaikutuksesta, kuten lukijat ajattelevat. Potentiaali levyn sivureunaa pitkin jakaantuu epätasaisesti. Ei ole aina suositeltavaa tunnistaa vastaavia kohtia. Anturin kanssa liitettyä elektroniikkaa on helpompi taivuttaa tai ohjata pistepulsseilla, mikä tapahtuu usein käytännössä.Korjaukseen käytetään usein differentiaalivahvistimia( vain signaalin muutos).

-anturin suunnittelun ominaisuudet Johtokalvon paksuus on yleensä pieni, tuskin 10 mikronia. Sijoittamiseksi substraattiin litografian avulla. Näin voit luoda Hall-antureita, joilla on pieni herkkä alue, joka suuresti ja usein parantaa mittaustarkkuutta, koska pinta on pieni. Instrumenteissa tätä käytetään arvioimaan mekanismien osien sijaintia. Pienikokoiset anturit havaitsevat kuitenkin suhteellisen pienen vasteen, mitattuna W / T: n avulla( hyödyllisen signaalin lähtöteho riippuen magneettikentän jännitteestä).Sarjaliitäntäantureissa parametri on yleensä välillä 0,03 - 1.

Käytännössä tämä näyttää pulssigeneraattorilta. Oletetaan, että pesukoneen moottorin akselilla on useita magneetteja, ja vuorotellen tuotetaan tietty määrä piikkejä.Tämän seurauksena elektroninen täyttö arvioi pyörimisnopeutta, roottorin kulma-asentoa, jota käytetään esimerkiksi venttiilimoottoreissa( käämien elektroninen kytkentä).

Peruuta ja selitä, miksi pienellä Hall-anturilla on heikko vaste. Muodostettujen pulssien amplitudi riippuu virtaavasta tasavirrasta, mutta se ei voi olla suuri, muuten johtokalvo( jolla on riittävän suuri vastus) ylikuumenee ja palaa. Siksi voimassa olevat arvot( ampeereina) vaihtelevat välillä 5 - 50 mA.

Hall-antureiden

-sovellus

1. Hall -antureita käytetään laajasti kodinkoneissa. Näyttävä esimerkki on pesukoneet. Käyttäjät rikkovat mielensä, kuten kehittyneissä malleissa, pyykki punnitaan. Verkosto sisältää patentteja, joissa on ehdotettu ongelman ratkaisemista jousien tai venymämittareiden avulla. Tällaiset laitteet eivät kykene suureksi luotettavuudeksi vaarana, että ne altistuvat jatkuvasti muodonmuutoksille. Lisäksi säiliöön on ripustettu pari tiiliä, mikä tarkoittaa, että rakenteen kokonaispaino on suuri, mikä asettaa rajoituksia. Käytännössä pesukoneissa kostutetaan ensin pyykkiä runsaasti, sitten kokonaismassa arvioidaan rummun kiihtyvyyden nopeudella. Tämä on pyykin punnitus, joka edelleen määrittää laitteen työohjelman, jauheen, veden kulutuksen ja huuhtelun.
2. Tietokoneen näppäimistössä Hall-anturit tulivat ensin massatuotantoon. Yleensä alustalla on herkkä elementti, ja magneetti on asennettu avaimeen. On selvää, että modernin näppäimistön sisällä ei ole enää jousia, ja elastinen voima syntyy polymeereistä, joilla on korkea käyttöikä.Ratkaisu on erittäin onnistunut: ei ole anturi, joka hajoaa ja mekaaninen osa ei ole joustava, ohjain epäonnistuu.
3. Hall-anturia voidaan käyttää virran mittaamiseen( kuten nykyisissä pihdeissä).Laite voi reagoida langan ympärillä olevan sähkömagneettisen kentän muutoksiin. Luodaan ns. Herätekäämi( induktanssi kuparilangasta).Mitattu virta syötetään hanoihin, minkä seurauksena muodostuu sähkömagneettinen aalto, osa on arvioitu Hall-anturin avulla. Vastaus riippuu suoraan mitatusta arvosta. Laskenta suoritetaan esimerkiksi säätimessä esitettyjen kaavojen mukaisesti. Tarkkuus on valmistajan kalibroima. Edellä mainitut edut ovat ennen kaikkea liikkuvien osien puuttuminen. Vastaavasti Hall-anturien avulla on mahdollista mitata tehoa.
   

   Anturin

4. -sovelluksen käyttäminen DC-muuntaminen vaihtovirraksi on esimerkki generaattorin luomisesta. Jos Hall-anturi on vaihtelevassa magneettikentässä, lähtöjännite toistaa muodon. Laitteen teholla ei ole suurta arvoa. Rakenne on kuitenkin yksinkertaistettu maksimiin, jolloin magneettikentän muoto voidaan siirtää suoraan sähkövirtaan.
5. Edellä mainittujen seikkojen yhteydessä huomaamme, että Hall-anturit mahdollistavat akkujen virtauksen ja täyden latauksen( mittaamalla virtaavan virran ja integroimalla sen ajan kuluessa).Tämä aiheuttaa mahdollisuuden niiden laajaan käyttöön. Esimerkiksi matkapuhelimissa( jopa 37% markkinoista).Asiantuntijat uskovat kuitenkin, että lupaavin suunta on sähköautojen segmentti, jossa energian saatavuus on ratkaisevan tärkeää.
6. Maapallon magneettikentän läsnäolon vuoksi on mahdollista luoda Hall-antureihin perustuvia kompasseja. Ainoa ongelma on, että Tl: n arvo on epätasainen mantereiden ja mantereiden pinnalla, ja korjausmenetelmien syöttö on tarpeen. Tästä syystä mobiililaitteiden videokameroiden automaattiset kuvanvakautusjärjestelmät toimivat joskus.
7. Little tunnetaan, mutta autoteollisuus on 52% Hall-antureiden vapauttamisesta. Tässä teollisuudessa tarvitaan pyörien, kampiakselin ja nokka-akselin pyörimisnopeuden mittaamista. Lukijat ovat jo arvanneet, että Hall-anturi auttaa määrittämään kaasuventtiilin sijainnin. Autoteollisuudesta on tullut tärkein liikkeellepaneva voima laitteiden parantamiseksi edelleen. Joitakin järjestelmiä pidetään markkinoilla tosiasiallisena standardina( ASIC, ASSP, ESC / ESP jne.), Ja Hall-anturit osallistuvat niihin aktiivisesti.