חיישן הול: מכשיר, עקרון הפעולה, סוגי ויישומים של הממיר

חיישן הול - מכשיר המיועד למדידת עוצמת שדה מגנטי. עבודתו מבוססת על אפקט הול, שהוא התופעה של הופעת הפרש פוטנציאל בשדה מגנטי כאשר מוליך זרם ישר מוצב בו. מכשיר זה מצא יישום רחב במכשירים ומנגנונים שונים.

ההיסטוריה של יצירת המכשיר

בסוף המאה ה-19, מדען אמריקאי מבולטימור, אדווין הרברט הול, הציב לוח מוליכים למחצה בשדה מגנטי וחיבר אליו זרם חשמלי. פעולה זו יצרה לחץ על הצדדים הרחבים של הצלחת.

תופעה זו נקראת אפקט הול ומשכה תשומת לב ציבורית. 75 שנים מאוחר יותר, כשהתעשייה החלה לייצר סרטי מוליכים למחצה, התגלית הזו מצאה יישום נרחב בתחום הטכנולוגיה. כיום משתמשים בחיישנים:

1. הצתה אלקטרונית במכוניות.
2. בכונן מחשב ומנועי מאווררים.
3. כבסיס למצפן אלקטרוני בסמארטפונים.
4. במכשירים חשמליים ללא מגע למדידת זרם ומתח.
5. בחלק מהדגמים של מנועי סילון יונים.

סוגי החיישנים הראשונים החלו להיות מיוצרים באמצע המאה ה-20. בשנת 1965, מומחים אמריקאים יצרו מכשיר מוצק ששיפר מאוד את ביצועי הציוד. חיישנים נחשבים למעשה נצחיים, מכיוון שאין להם אלמנטים המתקשרים ומשפשפים.

מאפייני עיצוב

מוליכים למחצה של גליום ואינדיום ארסנידים נחשבים לחומרים היעילים ביותר לייצור החיישן. לרוב, המכשיר הוא סרט, שעוביו אינו עולה על 10 מיקרון. לחיישן שלושה מסופים:

• ספק כוח עם מתח כניסה של 6V;
• אפס מגע;
• הפלט שממנו עובר האות למתג.

הטרמינל שאליו מתאים ספק הכוח רחב ותופס את כל צד המלבן. למסוף הפלט יש אלקטרודה נקודתית. נקודה משותפת פועלת כמגע אפס. מכיוון שאות קטן נשאר במגעים בהיעדר שדה מגנטי, מגבר דיפרנציאלי משמש לתיקון נתוני הפלט.

המיקרו-מעגל מוחל על המצע באמצעות ליטוגרפיה, מה שמשפר את דיוק הקריאות. בדרך כלל במכשירים שונים זה משמש כדי לבדוק את מיקום האלמנטים של המנגנון.

עקרון הפעולה

עקרון הפעולה של חיישן הול מבוסס על תופעה גלוונומגנטית, המציגה את התוצאה של האינטראקציה של שדה מגנטי עם מוליך למחצה. מוליך למחצה מחובר למעגל חשמלי שמשנה את תכונותיו.

ברגע שמופיע מתח רוחבי, אפקט הול מתרחש מיד. ברגע זה, המטען מופנה בניצב לווקטור השדה. תופעה זו מוסברת על ידי ההשפעה על אלקטרונים או חורים של כוח לורנץ, מה שמוביל להסטה שלהם.

בהשפעת כוח זה, חלקיקים במוליך למחצה נעים בכיוונים שונים, בהתאם לסימן שלהם. אלקטרונים (מטען שלילי) נאספים בצד אחד של הצלחת, וחלקיקים עם סימן חיובי בצד השני.

כאשר המטענים מצטברים ביניהם, נוצרת זרימה חשמלית, המונעת מהם לנוע בהשפעת כוח לורנץ. בהגיעו לשוויון של כוח זה והשדה המגנטי, המוליך למחצה נכנס לשלב שיווי המשקל. כך פועל חיישן הול.

סוגי מכשירים

המשימה העיקרית של מכשיר זה היא לקבוע את עוצמת השטף המגנטי. בפועל, זהו חיישן לקביעת ערכי השדה המגנטי. ישנם שני סוגים של חיישנים:

• דִיגִיטָלי;
• אנלוגי.

מכשירים דיגיטליים הם דו-קוטביים וחד-קוטביים. אלמנטים דו-קוטביים פועלים בהתאם לקוטביות השדה המגנטי, כלומר, אחד מדליק את החיישן, והשני מכבה אותו.

מכשירים חד-קוטביים מופעלים כאשר מופיעה קוטביות כלשהי ונכבים כאשר היא פוחתת. חיישנים דיגיטליים מודדים אינדוקציה והתרחשות של מתח מתאים, כלומר נוכחות או היעדר שדה מגנטי.

המכשיר מציג אחד כאשר השראת השדה מגיעה לערך הסף. עד לרגע זה, החיישן יראה אפס. חיישן כזה לא יוכל לזהות נוכחות של שדה מגנטי עם אינדוקציה חלשה. בנוסף, המרחק לאובייקט הנמדד ישפיע על דיוק הקריאות.

יישום חיישן

ממירי הול נמצאים בשימוש נרחב במכשירי חשמל ביתיים מודרניים. בעזרתם שוקלים את הכביסה במכונות כביסה. כאשר היחידה מופעלת, הדברים נרטבים תחילה, ואז התוף מתחיל להסתובב. לפי מהירות הסיבוב שלה, המשקל הכולל נקבע והמכונה מתוכנתת לצריכת אבקה, מים וחומר שטיפה.

בייצור סדרתי, חיישנים שימשו לראשונה במקלדות מחשב. כאן מתרחשת האינטראקציה של אלמנט החישה על הלוח והמגנט על המקשים. גמישות מסופקת על ידי חומר פולימרי בעל חיי שירות ארוכים.

הדבר היחיד שיכול להישבר במקלדת הוא הבקר. חיישני הול משמשים לעתים קרובות מאוד על ידי חשמלאים.כאשר מודדים את חוזק הזרם בחוטים עם מהדק ללא מגע. המד מגיב לשינויים בשדה האלקטרומגנטי סביב כבלים וחוטים.

בשל השראות חוט הנחושת במהדק, נוצרת עירור ונוצר גל אלקטרומגנטי. חלק מערכו מוערך על ידי החיישן, אשר מעביר נתונים לבקר. לפי הנוסחאות המוטמעות בו, מתבצע החישוב, ומוצגת התוצאה.

חיישנים משמשים בטלפונים סלולריים לניטור טעינת הסוללה וצריכתה. אבל רגע כזה נחשב חשוב מאוד בהפעלת כלי רכב חשמליים, שכן נוכחות האנרגיה בהם תופסת מקום מיוחד. מתמרי הול משמשים במצפנים אלקטרוניים וכמייצב תמונה במצלמות ניידות.

אבל מכשירים אלה נמצאים בשימוש נרחב במיוחד בתעשיית הרכב. במכוניות, הם משמשים לקביעת מהירות המנוע, מיקום המצערת, מהירות הרכב וכן הלאה. חיישן משמש במערכת ההצתה האלקטרונית. הוא ממוקם במפיץ ומחליף את המגעים ליצירת ניצוץ.

שימוש בחיישנים בסמארטפונים

בשל גודלם הקטן, חיישני הול נמצאים בשימוש נרחב בגאדג'טים אלקטרוניים מודרניים. בסמארטפונים הם עוזרים להחזיר את המסך למיקומו המקורי, מספקים התחלה מהירה של חיפוש GPS, הארכת חיי הסוללה וכדומה.

היכולת להגיב לשדות מגנטיים משמשת בטלפונים ומחשבים ניידים מתקפלים. בשל נוכחות חיישן, מכשירים מופעלים בעת פתיחה וכיבויים כאשר המסך סגור. בסמארטפונים, אותה פונקציה מתבצעת על ידי חיישן שמקיים אינטראקציה עם מגנט המובנה במארז הספר. עם פתיחת המכסה, השפעת השדה נחלשת והחיישן מדליק את התאורה האחורית של המסך. שנאי הול בגאדג'טים מבצע את הפונקציות השימושיות הבאות:

• מספק התמצאות ביחס לאופק כדור הארץ;
• עובד כמצפן של מכשיר נייד;
• מבצע כיוון מסך.

לחיישן חשיבות לא קטנה במכשיר של מצלמת הווידאו. יחד עם מיקרו-מעגל מיוחד, זה מאפשר לך להתאים את איכות התמונה. זה נכון במיוחד כשמצלמים בערב.