אפקט הול

אפקט הול הוא תופעה של התרחשות של הבדל פוטנציאלי בשולי צלחת מתכת תחת פעולה של שדה מגנטי כאשר זרם חשמלי הוא עבר דרכו.היום הוא משמש מקלדות, מכונות כביסה, מכוניות.מאמר מעניין על חיישני הול.

ההיסטוריה של גילוי האפקט

על גילוי על ידי אדווין הול כזה השפעה מסוימת, מעט ידוע.מסיבה כלשהי, אירוע כה משמעותי לא נדון בספרות.הקטע על חיישנים הול ​​מזכיר כי אדווין עשה תצפיות מפתח במהלך הדוקטורט באוניברסיטת ג 'ונס הופקינס בבולטימור.האירוע התרחש בשנת 1879.זה כל מה שיימצא בספרות על מקורות התגלית הגדולה.

נזכר המקור, לא כל כך דנו.זהו פתק מיום 19 בנובמבר, בסתיו האמריקאי Journal of Mathematics of 1879( כרך 2, מס '3).אדווין מדבר על עמודים 287-292 של המהדורה:

"במהלך השנה האחרונה אני לומד הרבה מקסוול חשמל מגנטיות, הרצאות של פרופ 'רולנד.שורות נפרדות פגעו באור הזרקורים!"יש לציין בזהירות את העובדה כי הכוח הפועל על מנצח עם הנוכחי, הממוקם על פני השדות המגנטיים השדה, מוחל ישירות על החומר.ואם אתה מפעיל מתח על דיסק או נוזל, החומר יתחיל לנוע בצייתנות להשפעה מלאה, ואופי התנועה עשוי להיות עקבי עם הצורה של זרם חשמלי, או להיות בדיסוננס עם זה.כוח מגנטי קבוע פועל על זרימת חלקיקים טעונים.אם הנוכחי היה מסוגל לבחור את הנתיב דרך עובי החומר, ולאחר זמן מה הוא יחזור המסלול הקודם.ה- EMF של המקור הופך לכוח המניע האמיתי היחיד ".

המדען הצעיר עלה על דעתו כי השורות מתנגשות ישירות עם כמה תופעות ידועות כבר.מהסיבה הפשוטה כי הכוח הפועל על חוט עם זרם תלוי בקצב הזרימה של המטענים.לעומת זאת, את הצורה ואת תצורת החומר לרכוש ערך קטן.בתורו, יחסי הגומלין בין ההאשמות מוסברים לפי גודלם וסימןם, אשר ידוע מאז ימיו של צ'רלס קולומב.

אחרי כתביו של מקסוול, פתק של אדווין על אינדוקציה חד קוטבית( Annales de Chemie et de physique, ינואר 1879) מגיע לעיניו של אדווין הול.הטקסט הוכיח את העובדה כי מגנט פועל על מנצח קבוע עם זרם של כוח דומה, כאילו היה תלוי באופן חופשי.הול העביר את השאלה לפרופסור רולנד וקיבל בתגובה הודעה על העסקתו של בעל מלומד כרגע.אדווין עמד לרשותו מחשבה ראויה לחידה.יחד עם פרופ 'הול, הוא פיתח מתודולוגיה של הניסוי:

אם הזרם אינו שומר על נתיב תנועה קבוע לאורך החוט תחת פעולה של שדה מגנטי, צפיפות המטען לצד אחד תהיה גבוהה יותר.אשר באופן טבעי מגביר את ההתנגדות של המנצח.לכן, נותר להשתמש חוק אוהם לבחון את ההשערה.

סליל תיל שטוח( בערך חצי מילימטר בקוטר) של כסף ניקל( הדומה סליל טסלה) עם התנגדות מוחלטת של 2 אוהם, דחוקה בין שתי כריות גומי עבה, נבחר ליישם את הניסוי.גיליון החליט להציב בין שני קטבים של מגנט של שטח עצום.כך שקווי עוצמת השדה בכל נקודה הם בניצב לכיוון הזרם הנוכחי.האלקטרומגנט היה מופעל על ידי 20 אלמנטים Bunsen מחובר 4 שרשרות רצופות של 5 סניפים.העוצמה הנגרמת עלתה על עשרות אלפי פעמים של הרכיב האופקי של השדה המגנטי של כדור הארץ.

גשר וויטסטון מדידה שימש חיישן, באלכסון אשר כלל גלוונומטר של העיצוב של לורד קלווין.הפתרון הטכני על פי נתונים ראשוניים רשם את השינוי בהתנגדות של הסליל במיליוני הערך הכולל.בין 7 ל -11 באוקטובר, ערך אדווין הול 13 ניסויים, שכל אחד מהם כלל 40 מדידות: מדידת ההתנגדות

1. עם המגנט.
2. באופן דומה עם מגנט כבוי.
3. P. 1 עם שינוי בקוטביות הקווים של השדה המגנטי.
4. חוזר פיסקה 2.

מדידות הראו שהשדה המגנטי יכול להפחית ולהגביר את ההתנגדות.העלייה המקסימלית היתה חמש מאות, הערך הממוצע על בסיס הניסויים התברר להיות הרבה יותר קטן( חמישה עמודים לדקה).התברר שהפעולות שננקטו לא היו מספיקות להצהרות מסוימות.ברור כי הזרם הוא בקושי מוכר כמו חומר unpressible, כפי שהוא האמין בעבר.היה צורך להבין מדוע תוצאות הניסויים הראשונים כל כך שונים במשמעות ובכיוון השינוי בהתנגדות.

חיישן הול הראשון

חיישן הול הראשון תוכנן על ידי פרופ 'רולנד.באותו אופן שבו המכשיר משמש כיום.מאחר שהניסויים של אדווין( וגם שלו) אינם מובילים לתוצאות, הציע המרצה מודל ישן של הניסוי שנעשה במשך השנים( עיצוב חיישן האולם מתואר):

1. הדיסק המוליך( או צלחת של צורה אחרת) מופעל במעגל החשמלי.
2. בעזרת גלוונומטר, שתי נקודות פוטנציאליות ממוקמות על צדי הדמות.
3. האלקטרומגנט מופעל, קווים כוח השדה של אשר שוכבים במטוס בניצב לדיסק.
4. רשומות שינויים בקריאות הגלוונומטר.

היה אמור לזהות סימני שינוי כאשר תנאי הזרימה הנוכחיים משתנים.הניסוי השתמש בחיישן הול בביצועים הנוכחיים, אך הניסיון נכשל.הוא האמין כי עובי יותר מדי של הדיסק הוא אשם.הפרופסור הביא זאת לתשומת לבו של אדווין והביע את דעתו שהמצב ראוי לתיקון אם נשתמש בסדין זהב דק על בסיס זכוכית( כדי למנוע מהמתכת לעוות את השדה).הניסיון של 28 באוקטובר, אשר היה מוצלח לחלוטין, היה מסוגל לתקן סטייה יציבה של מחט גלוונומטר תחת פעולה של שדה מגנטי על צלחת עם זרם.

למרות שהתנועה התבררה כקבועה, היא נעלמה במהירות, אי אפשר היה לייחס זאת לאינדוקציה מגנטית( מניסויים של פאראדיי).הוצא במהירות את השגיאה שהוצגה על ידי שדה הסולנואידים החשמליים.באופק מתגלה בבירור.זה מדהים כי האפקט היה הפוך כמו קוטביות של המגנט השתנה.כדי לקבוע את התלות הכמותית, המכשיר היה משופר מעט:

• מגע חזק של מקור הכוח סופק על כל צד עם לוחות פליז, מלוטש היטב מולחמים בזהירות זהב( 9x2 ס"מ).
• מתכת טהורה נותרה במרכז: שטח של 5.5 ס"מ אורך על פני כל רוחב.כאן עברו שורות השדה המגנטי דרך זהב.
• המגעים של גומנומטר גבוה של גומנומטר של תומסון התקרבו לשוליים במרחק של צלחות הפליז.

במהלך הניסוי נמדדו השדה המגנטי של הסולנואידים, הזרמים דרך הצלחת והגלנומטר.התוצאה נרשמה בצורת טבלה המוצגת באיור, מראה כי אדווין הול הצליח לקבל את הדפוסים הראשונים.זה קרה ב -12 בנובמבר 1879.למרות שלביטוי הימין יש ערכים שונים ב -8%, ברור שסדר המספרים זהה.ואנו נכתוב את החריגות על שגיאות הניסויים והציוד.

ערכים מדויקים אינם תמיד חשובים.כיום, חיישנים הול ​​משמשים באופן פעיל כאינדיקאטורים של היעדר או נוכחות של שדה מגנטי.לדוגמה, מקלדות או מנועים של מכונות כביסה.

יישום אפקט הול במעשה

כבר אמר( ראה חיישנים הול) כי היישומים התעשייתיים הראשונים של האפקט הול מצאו את דרכם לתוך החיים במחצית השנייה של המאה ה -20.כיום, רק מעל מחצית נתח המגזר הוא בתעשיית הרכב.ליתר דיוק - טכנולוגיות מתקדמות בתחומים אחרים מגיעים משם.לדוגמה, ASIC ו- ASSP מודולים.התפקיד המוביל בשנה העשירית של המאה ה -21 שייך ל- Asahi Kasei Microsystems( AKM), המספקת מצפנים למכשירים ניידים המבוססים על אפקט הול.בין הענקים התעשייתיים אנו רואים Micronas, אינפיניון, אלגרו, Melexis.בין חיישני השדה המגנטי המבוססים על אפקט הול תופסים נתח כבוד של 87%.

לעתים קרובות חיישן כלול שבב.האב הקדמון הוא סדרת CMOS.על בסיס זה, חיישנים המשולבים לתוך הגביש שוחררו כדי למדוד את הזווית של המצערת, היגוי, הפצה ו סיבובים מהירות גל ארכובה.הטכנולוגיה היא בעלת חשיבות רבה בהפעלת מנועי שסתום, שם יש צורך להחליף את הפיתולים בצורה מסוימת על ידי המיקום הזוויתי של הרוטור.המדידה של גודל השדה כוללת את חיישני תלת-ממד האחרונים, הקובעים את המיקום הזוויתי והליניארי של מערכת המגנטים.בעבר, את העובדה של נוכחות או היעדר של אובייקט נראה.זה הכרחי עבור תחרות מוצלחת עם הטכנולוגיה magnetoresistive.

כיום הקונסטרוקציות הניתנות לתכנות נחשבות לאופנה האחרונה, כאשר פונקציות שונות מוזנות באמצעות קוד.חיישנים ניתן להשתמש בדרכים שונות.לדוגמה, על פי המיקום ההדדי של האזור הרגיש והמגנט, יש מצבים:

1. חזיתית.במקרה זה, המגנט נמצא ישירות מול החיישן, מתרחק ממנו או מתקרב בקו ישר.השדה תלוי ריבועית על המרחק ואת החוק של האות פלט מהמרחק דומה hyperbole.מצב זה נקרא חד קוטבי, המתח אינו יכול לשנות כיוון.
2. להחליק.במקרה זה, קיים פער בין הפנקס הרגיש לבין המגנט.קואורדינטות אלה נותרו ללא שינוי.מגנט יכול להחליק במקביל לחיישן באותו ציר.במקרה זה, השדה אינו משתנה, והתלות של אות המוצא בקואורדינטות קרובה להפצה הגאוסית.כיוון המתח אינו משתנה, ולכן מצב זה נקרא גם חד קוטבית.
3. דו קוטבית גלידה.לפעמים נדרש לגלות באיזה כיוון המגנט סטה.ולא רק לקבוע את המרחק.במקרה זה, המגנט משמש פרסה.לפיכך, הקטבים מייצרים תגובות של קטבים שונים.מה נתן את שם המשטר.

מצבים אלה משמשים באופן תקופתי בשילוב.לדוגמה, כאשר אתה צריך למקם את המגנט במדויק ביחס לחיישנים( באמצעות מפעילים), הרגישות של הציוד עולה עם מאפיין תלול של התלות של אות הפלט על הקואורדינטות.שלושה מגנטים מגנטים עם מוטות לסירוגין משמשים.הירידות הקיצוניות בגרף עדינות, והשיא המרכזי בולט.מה מושגת המיקום המדויק של המערכת.

כדי לחזק את קווי המתח, מתן כיוון מוגדר בבירור, טיפים מוט משמשים.אלה הם חתיכות מתכת סגסוגות פרומגנטיות רך.כאשר המגנט מתקרב, הקווים מתחילים לשאוף אל האתר, יוצרים פער שבו הם נשארים ישר.אם אתה שם את חיישן הול שם, את הרגישות של המערכת עולה באופן משמעותי.עבור אותה מטרה, מגנטים משוא פנים משמשים, אשר נשארים במקום ולא לגרום actuation עצמאית.כאשר החלק המתקרב מתקרב, הצפיפות של השדה המגנטי עולה בחדות.זה מפשט מפעילה ומפחיתה דרישות רגישות חיישן.

הוסף שהמבנה של חיישני אות המוצא הוא אנלוגי ודיגיטלי.במקרה האחרון, המערכת מזדווגת בקלות עם אוטומציה, ואת האות נמדד כבר לא מאבד דיוק, מועבר לעיבוד.