Sensore di Hall

Hall Effect Sensor è un piccolo elemento sensibile che consente di tenere traccia delle modifiche nel campo magnetico. La scoperta ha già compiuto 100 anni, il fenomeno alla base del principio di azione è noto sin dal 1879, ma solo negli ultimi decenni i prodotti sono diventati parte integrante degli esempi di progressi tecnologici.

Hall Effect

Edwin Hall ha mostrato che nella direzione trasversale al campo magnetico, una emf viene generata nel conduttore quando la corrente continua scorre attraverso di essa. In pratica, sembra il verificarsi di potenziali sui bordi di una striscia di metallo, quando un magnete viene portato sulla striscia. Di conseguenza, diventa possibile registrare il fatto di avvicinarsi al sensore. La differenza potenziale dipende principalmente da:

1. L'entità della corrente continua che scorre.
2. Intensità del campo magnetico.
3. Mobilità e concentrazione dei portatori di carica nel materiale.

Fino agli anni '50, quando fu creato il registratore di radiazioni a microonde, l'effetto Hall non fu applicato al di fuori dei laboratori. Nel nuoto di massa lanciato dai produttori di tastiere per computer - le preoccupazioni si sono rivelate interessate a trovare un modo senza contatto per registrare la posizione delle chiavi e trovarne una nel 1968.Il sensore a stato solido, inventato nel 1965 da Joe Mopin e Everett Wortman, ha notevolmente migliorato le caratteristiche dell'attrezzatura. Ora il settore sta vivendo un aumento annuale della necessità di sensori Hall, una delle prime cinque società produttrici raccoglie entrate per 2 miliardi di dollari.

Oggi, i sensori Hall utilizzano questa caratteristica - sono quasi eterni, non contengono parti in movimento e sfregamento. Nella tastiera, non è l'elemento sensibile che si rompe, ma il controller. Ci sono virus che possono riprogrammare un chip e infettare un computer. .. tramite tastiere USB.A proposito, i servizi segreti hanno da tempo adottato un metodo per spiare, ma semplicemente non esiste una protezione efficace contro la vulnerabilità.

L'effetto Hall si manifesta nel conduttore, più forte, minore è la concentrazione della portante e maggiore è la mobilità.I metalli( sulla base dei quali il fenomeno è stato dimostrato per la prima volta) non sono considerati un materiale ideale per la creazione di sensori. In misura molto maggiore, i semiconduttori sono adatti a questo scopo. Allo stesso tempo, questo riduce notevolmente i costi e aumenta l'unificazione della produzione di massa.

Vediamo come funziona il sensore Hall. Immagina una striscia di semiconduttore lungo la quale scorre la corrente diretta. In assenza di disturbi esterni, all'interno viene creato un campo elettrico che mette in movimento i portatori di carica. Supponiamo ora che le linee di un campo magnetico costante sorgano perpendicolarmente alla superficie della striscia. La forza emergente di Lorentz sarà la regola della mano sinistra per agire sul processo. Ricordiamo che la direzione è determinata come segue: "Se posizioni la mano sinistra in modo che le linee del campo magnetico siano perpendicolari al palmo e le dita distese guardino nella direzione del movimento di carica( in fisica - particelle caricate positivamente, non elettroni negativi), il pollice si piega di 90 gradipunterà nella direzione dell'azione della forza di Lorentz ".

Non ci sono indovinelli nell'effetto Hall. La formula di Lorentz fu proposta una buona dozzina di anni dopo - nel 1892 - prima che la gente scoprisse che un piatto d'oro forma una differenza potenziale alle estremità quando scorre corrente continua. L'influenza del campo magnetico sui conduttori nel 1831 fu chiaramente espressa da Michael Faraday, grazie ad un ammiratore segreto di cui il mondo imparò a conoscere generatori e motori.È ancora sconosciuto chi ha coniato il primo motore DC.Quando si inverte il funzionamento del generatore.

Hall Effect ha aperto nel 1879 alla base della Johns Hopkins University di Baltimora. Edwin cercò di testare la teoria di Kelvin, espressa trent'anni prima, che stava attivamente lavorando per studiare l'effetto di un campo magnetico su una lastra d'oro. Lo scienziato ha introdotto un coefficiente che mostra l'effetto prodotto a seconda del prodotto del campo magnetico applicato e della corrente che scorre. Ovviamente, il valore dipende dalle proprietà del materiale. Il momento è già stato discusso.

Hall Effetti dei sensori Hall

Gli esperti sottolineano i seguenti vantaggi dei sensori Hall:

1. Lunga durata( per la tastiera - 30 miliardi di clic).
2. Mancanza di parti mobili( elettronica allo stato solido), che semplifica chiaramente il design con elevate esigenze di vibrazioni e urti.
3. Capacità di lavorare a frequenze di cambiamento del campo magnetico fino a 100 kHz.
4. Semplice combinazione con i livelli logici dei segnali della tecnologia digitale.
5. Ampio intervallo di temperature operative( da meno 40 a oltre 150 gradi Celsius).
6. Elevata ripetibilità della misurazione, che semplifica la taratura degli strumenti in base ai sensori Hall. Sensori Hall

Design

Durante il funzionamento, i materiali tradizionali a semiconduttore - arsenuro di gallio e indio - si sono perfettamente manifestati. Tipicamente, il sensore Hall è una piccola piastra, alle cui facce opposte si trovano gli elettrodi accoppiati. Alimentazione ampia e posizionata sul lato del rettangolo. Dove viene preso il segnale - il punto più semplice. In qualsiasi schema, viene contrassegnato un punto comune( neutro, neutro), la somma dei contatti è tre. Le linee negative sono combinate.

Gli esperti notano che anche in assenza di un campo magnetico sugli elettrodi, di solito c'è un piccolo segnale. Questo non è dovuto all'influenza del nostro pianeta, come penseranno i lettori. Il potenziale lungo il bordo laterale della piastra è distribuito in modo non uniforme. E non è sempre consigliabile identificare punti equivalenti.È più facile tarare l'elettronica accoppiata al sensore o essere guidata da impulsi puntuali, operazione che spesso viene eseguita in pratica. Gli amplificatori differenziali sono spesso utilizzati per la correzione( viene emesso solo un segnale di cambiamento).

Lo spessore del film conduttore è solitamente piccolo, raggiungendo a malapena i 10 micron. Per la deposizione su un substrato usando il metodo della litografia. Ciò consente di creare sensori Hall con una piccola area sensibile, che migliora notevolmente e spesso la precisione della misurazione, poiché la superficie è piccola. Negli strumenti, questo è usato per valutare le posizioni di parti di meccanismi. Tuttavia, i sensori di piccole dimensioni rilevano una risposta relativamente bassa, misurata in termini di W / T( la potenza di uscita del segnale utile in base alla tensione del campo magnetico).Per i sensori seriali di Hall, il parametro varia solitamente da 0,03 a 1.

In pratica, sembra un generatore di impulsi. Supponiamo che ci sia un certo numero di magneti sull'albero motore di una lavatrice, con un giro si produce un certo numero di picchi. Di conseguenza, il riempimento elettronico valuta la velocità di rotazione, la posizione angolare del rotore, che viene utilizzata, ad esempio, nei motori delle valvole( con commutazione elettronica degli avvolgimenti).

Ritiriamo e spieghiamo perché il piccolo sensore Hall ha una risposta debole. L'ampiezza degli impulsi generati dipende dalla corrente continua che scorre, ma non può essere grande, altrimenti il ​​film conduttore( con una resistenza sufficientemente grande) si surriscalda e brucia. Pertanto, i valori validi( in ampere) vanno da 5 a 50 mA.

Applicazione di sensori di Hall

I sensori

1. Hall sono ampiamente utilizzati negli elettrodomestici. Un esempio eloquente sono le lavatrici. Gli utenti si rompono la testa, come nei modelli avanzati, il bucato viene pesato. La rete contiene brevetti in cui si propone di risolvere il problema frontalmente con l'aiuto di molle o estensimetri. Tali dispositivi non sono suscettibili di grande affidabilità, con il rischio di subire costantemente deformazioni. Inoltre, un paio di mattoni sono appesi al serbatoio, il che significa che il peso totale della struttura è grande, il che impone restrizioni. In pratica, nelle lavatrici, la biancheria viene dapprima inumidita abbondantemente, quindi la massa totale viene stimata dalla velocità dell'accelerazione del tamburo. Questa è la pesatura della biancheria, che determina ulteriormente il programma di lavoro dell'attrezzatura, il consumo di polvere, acqua, risciacquo.
2. Nelle tastiere dei computer, i sensori Hall sono entrati per la prima volta nella produzione di serie. Di solito c'è un elemento sensibile sul substrato, un magnete è montato sulla chiave.È chiaro che non ci sono più molle all'interno della tastiera moderna e la forza elastica è creata da polimeri con una durata di esercizio elevata. La soluzione ha un grande successo: non è il sensore che si rompe e la parte meccanica non è elastica, il controller fallisce.
3. Il sensore Hall può essere utilizzato per misurare la corrente( come nelle pinze correnti).Il dispositivo può reagire ai cambiamenti nel campo elettromagnetico che circonda il filo. Viene creato un cosiddetto avvolgimento di eccitazione( induttanza dal filo di rame).La corrente misurata viene fornita ai rubinetti, di conseguenza viene formata un'onda elettromagnetica, una parte viene stimata dal sensore Hall. La risposta dipende direttamente dal valore misurato. Il calcolo viene eseguito secondo le formule stabilite, ad esempio, nel controller. Per precisione, lo strumento è calibrato dal produttore. E i vantaggi di cui sopra rimangono, prima di tutto - l'assenza di parti mobili. Allo stesso modo, con l'aiuto dei sensori Hall diventa possibile misurare la potenza.
   

   L'applicazione del sensore

4. La conversione da CC a CA è considerata un esempio di creazione di un generatore. Se il sensore Hall si trova in un campo magnetico alternato, la tensione all'uscita ripete la forma. L'efficienza del dispositivo non ha un valore elevato. Ma il design è semplificato al massimo, diventa possibile trasferire direttamente la forma del campo magnetico alla corrente elettrica.
5. In connessione con i fatti sopra descritti, notiamo che i sensori Hall consentono di controllare il flusso e la carica completa delle batterie( misurando la corrente che scorre e integrandola nel tempo).Ciò causa la possibilità della loro ampia applicazione. Ad esempio, nei telefoni cellulari( fino al 37% del mercato).Ma gli esperti ritengono che la direzione più promettente sia il segmento dei veicoli elettrici, dove la questione della disponibilità di energia sarà vitale.
6. A causa della presenza del campo magnetico terrestre, diventa possibile creare bussole basate su sensori Hall. L'unico problema è che il valore in Tl non è uniforme sulla superficie di continenti e continenti e l'input dei metodi di correzione è richiesto. A causa di questo effetto, i sistemi di stabilizzazione automatica delle immagini per le videocamere dei dispositivi mobili a volte funzionano.
7. Poco è noto, ma l'industria automobilistica rappresenta il 52% della resa dal rilascio di sensori Hall. In questo settore è necessario misurare la velocità di rotazione delle ruote, dell'albero motore e dell'albero a camme. I lettori hanno già intuito che il sensore Hall aiuterà a determinare la posizione della valvola a farfalla, lo sterzo. Il mercato automobilistico è diventato la principale forza trainante per l'ulteriore miglioramento dei dispositivi. Alcuni sistemi sono considerati di fatto lo standard( ASIC, ASSP, ESC / ESP, ecc.) Sul rombo ei sensori Hall ne prendono parte attiva.