Sensore di Hall: dispositivo, principio di funzionamento, tipi e applicazioni del convertitore

Sensore di Hall - un dispositivo progettato per misurare la forza di un campo magnetico. Il suo lavoro si basa sull'effetto Hall, che è il fenomeno della comparsa di una differenza di potenziale in un campo magnetico quando viene inserito un conduttore di corrente continua. Questo dispositivo ha trovato ampia applicazione in vari dispositivi e meccanismi.

La storia della creazione del dispositivo

Alla fine del XIX secolo, uno scienziato americano di Baltimora, Edwin Herbert Hall, collocò una piastra semiconduttrice in un campo magnetico e vi collegò una corrente elettrica. Questa azione ha creato stress sui lati larghi della piastra.

Questo fenomeno è chiamato effetto Hall e ha attirato l'attenzione del pubblico. 75 anni dopo, quando l'industria iniziò a produrre film semiconduttori, questa scoperta ha trovato ampia applicazione nel campo della tecnologia. Oggi vengono utilizzati sensori:

1. Accensione elettronica nelle auto.
2. Nel drive del computer e nei motori delle ventole.
3. Come base per una bussola elettronica negli smartphone.
4. In dispositivi elettrici senza contatto per la misurazione di corrente e tensione.
5. In alcuni modelli di motori a getto di ioni.

I primi tipi di sensori iniziarono a essere prodotti a metà del XX secolo. Nel 1965, gli esperti americani hanno creato un dispositivo a stato solido che ha notevolmente migliorato le prestazioni delle apparecchiature. I sensori sono considerati praticamente eterni, poiché non hanno elementi di interazione e sfregamento.

Caratteristiche del progetto

I semiconduttori di arseniuro di gallio e indio sono considerati i materiali più efficaci per la fabbricazione del sensore. Molto spesso, il dispositivo è un film, il cui spessore non supera i 10 micron. Il sensore ha tre terminali:

• alimentazione con una tensione di ingresso di 6V;
• contatto zero;
• l'uscita da cui il segnale va all'interruttore.

Il terminale a cui si adatta l'alimentatore è ampio e occupa tutto il lato del rettangolo. Il terminale di uscita ha un elettrodo a punta. Un punto comune funge da contatto zero. Poiché un piccolo segnale rimane ai contatti in assenza di un campo magnetico, viene utilizzato un amplificatore differenziale per correggere i dati di uscita.

Il microcircuito viene applicato al substrato mediante litografia, che migliora l'accuratezza delle letture. Solitamente in vari dispositivi viene utilizzato per verificare la posizione degli elementi del meccanismo.

Principio operativo

Il principio di funzionamento di un sensore di Hall si basa su un fenomeno galvanomagnetico, che mostra il risultato dell'interazione di un campo magnetico con un semiconduttore. Un semiconduttore è collegato a un circuito elettrico che ne modifica le proprietà.

Non appena compare lo stress trasversale, si verifica immediatamente l'effetto Hall. In questo momento, la carica è diretta perpendicolarmente al vettore di campo. Questo fenomeno è spiegato dall'effetto sugli elettroni o sui buchi della forza di Lorentz, che porta alla loro deflessione.

Sotto l'influenza di questa forza, le particelle in un semiconduttore si muovono in direzioni diverse, secondo il loro segno. Gli elettroni (carica negativa) vengono raccolti su un lato della piastra e le particelle con segno positivo sull'altro.

Man mano che le cariche si accumulano tra di loro, sorge un flusso elettrico che impedisce loro di muoversi sotto l'influenza della forza di Lorentz. Al raggiungimento dell'uguaglianza di questa forza e del campo magnetico, il semiconduttore entra nella fase di equilibrio. Ecco come funziona un sensore di Hall.

Tipi di dispositivi

Il compito principale di questo dispositivo è determinare la forza del flusso magnetico. In pratica si tratta di un sensore per la determinazione dei valori del campo magnetico. Esistono due tipi di sensori:

• digitale;
• analogico.

Gli strumenti digitali sono bipolari e unipolari. Gli elementi bipolari funzionano in base alla polarità del campo magnetico, cioè uno accende il sensore e l'altro lo spegne.

I dispositivi unipolari si accendono quando compare una qualsiasi polarità e si spengono quando diminuisce. I sensori digitali misurano l'induzione e il verificarsi di una tensione corrispondente, ovvero la presenza o l'assenza di un campo magnetico.

Lo strumento ne visualizza uno quando l'induzione di campo raggiunge il valore di soglia. Fino a questo momento, il sensore mostrerà zero. Tale sensore non sarà in grado di rilevare la presenza di un campo magnetico con debole induzione. Inoltre, la distanza dall'oggetto misurato influenzerà l'accuratezza delle letture.

Applicazione del sensore

I convertitori Hall sono ampiamente utilizzati nei moderni elettrodomestici. Con il loro aiuto, la biancheria viene pesata nelle lavatrici. Quando l'unità viene avviata, le cose prima si bagnano e poi il tamburo inizia a ruotare. In base alla sua velocità di rotazione viene determinato il peso totale e la macchina viene programmata per il consumo di polvere, acqua e brillantante.

Nella produzione in serie, i sensori sono stati utilizzati per la prima volta nelle tastiere dei computer. Qui avviene l'interazione dell'elemento sensibile sulla scheda e del magnete sui tasti. L'elasticità è fornita da un materiale polimerico che ha una lunga durata.

L'unica cosa che può rompersi nella tastiera è il controller. I sensori di Hall sono usati molto spesso dagli elettricisti.quando si misura l'intensità della corrente nei fili con un morsetto senza contatto. Il multimetro reagisce alle variazioni del campo elettromagnetico attorno a cavi e fili.

A causa dell'induttanza del filo di rame nel morsetto, viene generata eccitazione e viene generata un'onda elettromagnetica. Parte del suo valore è stimato dal sensore, che trasmette i dati al controller. Secondo le formule incorporate in esso, viene eseguito il calcolo e viene visualizzato il risultato.

I sensori vengono utilizzati nei telefoni cellulari per monitorare la carica della batteria e il suo consumo. Ma un tale momento è considerato molto importante nel funzionamento dei veicoli elettrici, poiché la presenza di energia in essi occupa un posto speciale. I trasduttori di Hall sono utilizzati nelle bussole elettroniche e come stabilizzatore d'immagine nelle fotocamere mobili.

Ma questi dispositivi sono particolarmente utilizzati nell'industria automobilistica. Nelle automobili, vengono utilizzati per determinare la velocità del motore, la posizione dell'acceleratore, la velocità del veicolo e così via. Un sensore è utilizzato nel sistema di accensione elettronica. Si trova nel distributore e sostituisce i contatti per formare una scintilla.

Utilizzo dei sensori negli smartphone

A causa delle loro piccole dimensioni, i sensori Hall sono ampiamente utilizzati nei moderni gadget elettronici. Negli smartphone, aiutano a riportare lo schermo nella posizione originale, forniscono un rapido avvio della ricerca GPS, prolungano la durata della batteria e così via.

La capacità di reagire ai campi magnetici viene utilizzata per piegare telefoni e laptop. A causa della presenza di un sensore, i dispositivi si accendono quando vengono aperti e si spengono quando lo schermo è chiuso. Negli smartphone la stessa funzione è svolta da un sensore che interagisce con un magnete incorporato nella copertina del libro. Quando si apre il coperchio, l'effetto del campo si attenua e il sensore accende la retroilluminazione dello schermo. Il trasformatore Hall nei gadget svolge le seguenti funzioni utili:

• fornisce orientamento in relazione all'orizzonte della terra;
• funziona come una bussola di un dispositivo mobile;
• esegue l'orientamento dello schermo.

Il sensore non ha poca importanza nel dispositivo della videocamera. Insieme a uno speciale microcircuito, consente di regolare la qualità dell'immagine. Ciò è particolarmente vero durante le riprese serali.