Hall sensor

Hall Effect Sensor er et lite sensitivt element som lar deg spore forandringer i magnetfeltet. Oppdagelsen har allerede blitt 100 år gammel, fenomenet som ligger bak handlingsprinsippet har vært kjent siden 1879, men bare i de siste årtier har produktene blitt en integrert del av eksemplene på teknologiske fremskritt.

Hall Effect

Edwin Hall viste at i retningen tverr til magnetfeltet, genereres en emf i lederen når likestrømmen strømmer gjennom den. I praksis ser det ut til at det finnes potensialer på kantene av en metallstrimmel, når en magnet bringes til stripen. Som et resultat blir det mulig å registrere det faktum at det nærmer seg sensoren. Den potensielle forskjellen er hovedsakelig avhengig av:

1. Størrelsen på den strømende likestrømmen.
2. Magnetisk feltstyrke.
3. Mobilitet og konsentrasjon av ladere i materialet.

Inntil 1950-tallet, da mikrobølgeovnstråleregistreringen først ble opprettet, ble Hall-effekten ikke påført utenfor laboratoriene. I massesvømmingen, som ble lansert av produsenter av datatastaturer, viste det seg seg å være interessert i å finne en kontaktløs måte å registrere posisjonen til nøklene og funnet en i 1968.Solid state-sensoren, oppfunnet i 1965 av Joe Mopin og Everett Wortman, forbedret egenskapene til utstyret sterkt. Nå opplever industrien en årlig økning i behovet for Hall-sensorer, en estimert topp fem av produksjonsbedrifter samler inn 2 milliarder dollar i omsetning.

I dag bruker Hall sensorer på grunn av denne funksjonen - de er nesten evige, inneholder ikke bevegelige og gni deler. På tastaturet er det ikke det følsomme elementet som bryter, men kontrolleren. Det er virus som kan omprogrammere en chip og infisere en datamaskin. .. via USB-tastaturer. Forresten har de hemmelige tjenestene lenge vedtatt en metode for å spionere, men det er rett og slett ingen effektiv beskyttelse mot sårbarhet.

Hall-effekten manifesteres i lederen, desto sterkere er jo lavere bærekonsentrasjonen og jo større mobiliteten. Metaller( på grunnlag av hvilket fenomenet først ble demonstrert) anses ikke som et ideelt materiale for å skape sensorer. I en mye større grad er halvledere egnet for dette formålet. Samtidig reduserer dette kraftig kostnaden og øker sammensetningen av masseproduksjon.

La oss se hvordan Hall-sensoren fungerer. Tenk deg en halvlederstrimmel som strømmen strømmer av. I fravær av eksterne forstyrrelser, opprettes et elektrisk felt inne, som setter i gang ladningsbærerne. Anta nå at linjer i et konstant magnetfelt oppstår vinkelrett på stripens overflate. Den fremvoksende Lorentz-styrken vil bli regelen av venstre hånd for å handle på prosessen. Husk at retningen bestemmes som følger: "Hvis du plasserer din venstre hånd på en slik måte at magnetfeltlinjene er vinkelrett på din håndflate, og dine utstrakte fingre ser i retning av ladningsbevegelse( i fysikk, positivt ladede partikler og ikke negative elektroner)vil peke i retning av handlingen av Lorentz-styrken. "

Det er ingen gåter i Hall-effekten. Lorentz-formelen ble foreslått et godt dusin år senere - i 1892 - før folk fant ut at en plate av gull danner en potensiell forskjell i enden når likestrømmen flyter. Innflytelsen av magnetfeltet på lederne i 1831 ble tydelig uttrykt av Michael Faraday, takket være en hemmelig beundrer som verden lærte om generatorer og motorer. Det er fremdeles ukjent hvem mynter den første DC-motoren. Når reversert kjøreregenerator.

Hall Effect åpnet i 1879 ved foten av Johns Hopkins University i Baltimore. Edwin prøvde å teste Kelvin-teorien, uttalt tretti år tidligere, jobbet aktivt for å studere effekten av et magnetfelt på en gullplate. Forskeren introduserte en koeffisient som viser effekten som produseres avhengig av produktet av det påførte magnetfeltet og strømningsstrømmen. Vanligvis avhenger verdien av materialegenskapene.Øyeblikket er allerede diskutert.

Hall Effects of Hall Sensors

Eksperter peker på følgende fordeler med Hall sensorer:

1. Lang levetid( for tastaturet - 30 milliarder klikk).
2. Mangel på bevegelige deler( solid-state elektronikk), noe som tydeliggjør designen med høye krav til vibrasjoner og støt.
3. Mulighet for å arbeide med frekvenser for endring av magnetfeltet opp til 100 kHz.
4. Enkel kombinasjon med de logiske nivåene av digitale teknologisignaler.
5. Bredt arbeidstemperaturområde( fra minus 40 til pluss 150 grader Celsius).
6. Høy måle repeterbarhet, noe som gjør det enkelt å tørke instrumenter basert på Hall sensorer.

Hall Sensors

Design Under drift manifesterte tradisjonelle halvledermaterialer - gallium og indiumarsenider - seg perfekt. Hellesensoren er typisk en liten tallerken, til motsatte flater av disse er parede elektroder. Feeding bred og plassert på siden av rektangelet. Hvor signalet er tatt - det enkleste punktet. I et hvilket som helst skjema er et felles punkt merket( nøytral ledning, nøytral), summen av kontaktene er tre. Negative linjer er kombinert.

Eksperter bemerker at selv i fravær av et magnetfelt på elektrodene er det vanligvis et lite signal. Dette skyldes ikke planetenes påvirkning, som leserne vil tenke på.Potensialet langs sidekanten av platen er ujevnt fordelt. Og det er ikke alltid tilrådelig å identifisere tilsvarende poeng. Det er lettere å tore elektronikk parret med sensoren, eller å bli styrt av punktpulser, som ofte gjøres i praksis. Differensialforsterkere brukes ofte til korreksjon( bare en signalendring er utgang).

-sensordesign Tykkelsen på lederfilmen er vanligvis liten, nesten 10 mikron. For deponering på et substrat ved hjelp av litografimetoden. Dette gjør at du kan lage Hall sensorer med et lite følsomt område, noe som i stor grad forbedrer måle nøyaktigheten, fordi overflaten er liten. I instrumenter brukes dette til å vurdere posisjonene til deler av mekanismer. Imidlertid oppdager små sensorer en relativt lav respons målt i W / T( utgangseffekten til det nyttige signalet avhengig av spenningen i magnetfeltet).For serielle Hall sensorer, varierer parameteren vanligvis fra 0,03 til 1.

I praksis ser dette ut som en pulsgenerator. Anta at det finnes en rekke magneter på motorakslen til en vaskemaskin, med en sving produseres et visst antall topper. Som et resultat, evaluerer den elektroniske fyllingen rotasjonshastigheten, rotorens vinkelstilling, som f.eks. Brukes i ventilmotorer( med elektronisk omkobling av viklingene).

Vi graverer og forklarer hvorfor den lille Hall-sensoren har svak respons. Amplituden til de genererte pulser avhenger av den strømende likestrømmen, men den kan ikke være stor, ellers vil lederfilmen( har en tilstrekkelig stor motstand) overopphetes og brenne. Derfor varierer gyldige verdier( i ampere) fra 5 til 50 mA.

Bruk av Hall Sensorer

1. Hall sensorer er mye brukt i husholdningsapparater. Et veltalende eksempel er vaskemaskiner. Brukere bryter sine tanker, som i avanserte modeller, blir klesstoffet veid. Nettverket inneholder patenter der det foreslås å løse problemet ved hjelp av fjærer eller belastningsmåler. Slike innretninger er ikke i stand til stor pålitelighet, med risiko for stadig å bli utsatt for deformasjoner. I tillegg henger et par murstein på tanken, noe som betyr at totalvekten til strukturen er stor, noe som medfører begrensninger. I praksis, i vaskemaskiner, blir vasken først fuktet, og den totale massen er estimert av hastigheten på trommelakselerasjonen. Dette er veie av vaskeriet, som videre bestemmer programmet for arbeidet til utstyret, forbruket av pulver, vann, skyll.
2. I datatastaturer kom hallensorer først inn i masseproduksjonen. Vanligvis er det et følsomt element på underlaget, en magnet er montert på nøkkelen. Det er klart at det ikke er flere fjærer i det moderne tastaturet, og den elastiske kraften er laget av polymerer med høy levetid. Løsningen er svært vellykket: det er ikke sensoren som bryter ned og den mekaniske delen ikke er elastisk, kontrolleren svikter.
3. Hall-sensoren kan brukes til å måle strøm( som i gjeldende tang).Enheten kan reagere på endringer i det elektromagnetiske feltet som omgir ledningen. En såkalt excitasjonsvikling( induktans fra kobbertråd) opprettes. Den målte strøm tilføres til kranene, og som et resultat dannes en elektromagnetisk bølge, en del estimeres av hallsensoren. Responsen avhenger direkte av den målte verdien. Beregningen utføres i henhold til formlene fastsatt, for eksempel i kontrolleren. For nøyaktighet er instrumentet kalibrert av produsenten. Og fordelene nevnt ovenfor forblir først og fremst - fraværet av bevegelige deler. På samme måte blir det ved hjelp av Hall sensorer mulig å måle kraft.
   

   Anvendelsen av sensoren

4. Konvertere likestrøm til vekselstrømspenning regnes som et eksempel på generering av en generator. Hvis Hall-sensoren befinner seg i et vekslende magnetfelt, gjentar spenningen ved utgangen formen. Effektiviteten til enheten har ikke høy verdi. Men designet er forenklet til maksimalt, blir det mulig å overføre form av magnetfeltet direkte til elektrisk strøm.
5. I forbindelse med de fakta som er beskrevet ovenfor, bemerker vi at Hall sensorer lar deg kontrollere strømmen og full ladning av batterier( ved å måle strømningsstrømmen og integrere den over tid).Dette medfører mulighet for bred anvendelse. For eksempel i mobiltelefoner( opptil 37% av markedet).Men eksperter mener at den mest lovende retningen er segmentet av elektriske kjøretøyer, hvor spørsmålet om energibesparelse vil være avgjørende.
6. På grunn av tilstedeværelsen av jordens magnetfelt blir det mulig å lage kompasser basert på Hall sensorer. Det eneste problemet er at verdien i Tl er ujevn over overflaten av kontinenter og kontinenter, og innmatingen av korreksjonsmetoder er nødvendig. På grunn av denne effekten fungerer det i enkelte tilfeller automatiske bildestabiliseringssystemer for videokameraer av mobile enheter.
7. Det er lite kjent, men bilindustrien står for 52% av utbyttet fra utgivelsen av Hall sensorer. I denne bransjen er det nødvendig å måle rotasjonshastigheten til hjulene, veivaksel og kamaksel. Leserne har allerede gjettet at Hall-sensoren vil hjelpe til med å bestemme posisjonen til gassventilen, styringen. Bilmarkedet har blitt den viktigste drivkraften for videre forbedring av enheter. Noen systemer betraktes som de facto-standarden( ASIC, ASSP, ESC / ESP, etc.) på brøl, og Hall sensorer tar en aktiv rolle i dem.