Sensor de Hall

O Sensor de Efeito Hall

é um pequeno elemento sensível que permite rastrear mudanças no campo magnético. A descoberta já completou 100 anos, o fenômeno subjacente ao princípio da ação é conhecido desde 1879, mas somente nas últimas décadas os produtos se tornaram parte integrante dos exemplos de avanços tecnológicos.

Efeito Hall

Edwin Hall mostrou que na direção transversal ao campo magnético, uma fem é gerada no condutor quando a corrente CC flui através dele. Na prática, parece a ocorrência de potenciais nas bordas de uma tira de metal quando um ímã é trazido para a tira. Como resultado, torna-se possível registrar o fato de se aproximar do sensor. A diferença de potencial depende principalmente de:

1. A magnitude da corrente contínua de fluxo.
2. Resistência do campo magnético.
3. Mobilidade e concentração de portadores de carga no material.

Até a década de 1950, quando o gravador de radiação de microondas foi criado pela primeira vez, o efeito Hall não foi aplicado fora dos laboratórios. Na natação em massa lançada por fabricantes de teclados de computador - as preocupações acabaram se interessando em encontrar uma maneira sem contato de registrar a posição das chaves e encontraram uma em 1968.O sensor de estado sólido, inventado em 1965 por Joe Mopin e Everett Wortman, melhorou muito as características do equipamento. Agora, a indústria está experimentando um aumento anual na necessidade de sensores Hall, estima-se que as cinco maiores empresas de manufatura arrecadam US $ 2 bilhões em receita.

Hoje em dia, os sensores Hall usam por causa desse recurso - eles são quase eternos, não contêm partes em movimento e fricção. No teclado, não é o elemento sensível que quebra, mas o controlador. Existem vírus que podem reprogramar um chip e infectar um computador. .. através de teclados USB.By the way, os serviços secretos adotaram há muito tempo um método para espionar, mas simplesmente não há proteção eficaz contra a vulnerabilidade.

O efeito Hall manifesta-se no condutor, quanto mais forte, menor a concentração de portadores e maior a mobilidade. Os metais( com base nos quais o fenômeno foi demonstrado pela primeira vez) não são considerados um material ideal para a criação de sensores. Em uma extensão muito maior, os semicondutores são adequados para essa finalidade. Ao mesmo tempo, isso reduz muito o custo e aumenta a unificação da produção em massa.

Vamos ver como funciona o sensor Hall. Imagine uma tira de semicondutor ao longo da qual a corrente direta flui. Na ausência de perturbações externas, é criado um campo elétrico no interior, que aciona os portadores de carga. Suponha agora que as linhas de um campo magnético constante surjam perpendicularmente à superfície da faixa. A força emergente de Lorentz será a regra da mão esquerda para atuar no processo. Lembre-se de que a direção é determinada da seguinte maneira: “Se você colocar a mão esquerda de forma que as linhas do campo magnético fiquem perpendiculares à palma da mão e os dedos esticados olhem na direção do movimento de carga( em física - partículas carregadas positivamente, não elétrons negativos),apontará na direção da ação da força de Lorentz. "

Não há enigmas no efeito Hall. A fórmula de Lorentz foi proposta uma boa dúzia de anos depois - em 1892 - antes que as pessoas descobrissem que uma placa de ouro forma uma diferença de potencial nos fins quando a corrente DC flui. A influência do campo magnético sobre os condutores em 1831 foi claramente expressa por Michael Faraday, graças a um admirador secreto do qual o mundo aprendeu sobre geradores e motores. Ainda não se sabe quem cunhou o primeiro motor de corrente contínua. Quando invertido executando gerador. O

Hall Effect foi inaugurado em 1879 na base da Universidade Johns Hopkins em Baltimore. Edwin tentou testar a teoria de Kelvin, expressa trinta anos antes, trabalhando ativamente para estudar o efeito de um campo magnético em uma placa de ouro. O cientista introduziu um coeficiente mostrando o efeito produzido dependendo do produto do campo magnético aplicado e da corrente de fluxo. Obviamente, o valor depende das propriedades do material. O momento já foi discutido.

Hall Efeitos dos Sensores Hall

Os especialistas apontam as seguintes vantagens dos sensores Hall:

1. Longa vida útil( para o teclado - 30 bilhões de cliques).
2. Falta de partes móveis( eletrônica de estado sólido), o que simplifica claramente o projeto com alta demanda de vibrações e choques.
3. Capacidade de trabalhar em frequências de mudança do campo magnético até 100 kHz.
4. Combinação simples com os níveis lógicos de sinais de tecnologia digital.
5. Ampla faixa de temperatura de operação( de 40 a 150 graus Celsius).
6. Alta repetibilidade de medição, o que facilita a tarefa de tarar instrumentos baseados em sensores Hall.

Hall Sensors Projeto

Durante a operação, os materiais semicondutores tradicionais - arsenieto de gálio e índio - se manifestaram perfeitamente. Normalmente, o sensor Hall é uma pequena placa, cujas faces opostas são eletrodos emparelhados. Alimentando largamente e localizado no lado do retângulo. Onde o sinal é levado - o ponto mais simples. Em qualquer esquema, um ponto comum é marcado( fio neutro, neutro), a soma dos contatos é três. Linhas negativas são combinadas. Especialistas em

observam que, mesmo na ausência de um campo magnético nos eletrodos, geralmente há um pequeno sinal. Isto não é devido à influência do nosso planeta, como os leitores vão pensar. O potencial ao longo da borda lateral da placa é distribuído de forma desigual. E nem sempre é aconselhável identificar pontos equivalentes.É mais fácil tarar eletronicamente com o sensor, ou ser guiado por pulsos pontuais, o que geralmente é feito na prática. Amplificadores diferenciais são freqüentemente usados ​​para correção( somente uma mudança de sinal é produzida).

A espessura do filme condutor geralmente é pequena, alcançando apenas 10 mícrons. Para deposição em um substrato usando o método de litografia. Isso permite que você crie sensores Hall com uma pequena área sensível, o que aumenta e muitas vezes aumenta a precisão das medições, porque a superfície é pequena. Nos instrumentos, isso é usado para avaliar as posições de partes dos mecanismos. No entanto, os sensores de tamanho pequeno detectam uma resposta relativamente baixa, medida em termos de W / T( a potência de saída do sinal útil, dependendo da tensão do campo magnético).Para sensores Hall em série, o parâmetro normalmente varia de 0,03 a 1. Na prática, isso parece um gerador de pulsos. Suponha que haja um certo número de ímãs no eixo do motor de uma máquina de lavar, com um giro um certo número de picos é produzido. Como resultado, o enchimento eletrônico avalia a velocidade de rotação, a posição angular do rotor, que é usada, por exemplo, em motores de válvula( com comutação eletrônica dos enrolamentos).

Vamos recuar e explicar por que o pequeno sensor Hall tem uma resposta fraca. A amplitude dos pulsos gerados depende da corrente contínua de fluxo, mas não pode ser grande, caso contrário, o filme condutor( com uma resistência suficientemente grande) irá superaquecer e queimar. Portanto, valores válidos( em amperes) variam de 5 a 50 mA.

Aplicação do Hall Sensors

Sensores Hall

1. são amplamente utilizados em eletrodomésticos. Um exemplo eloqüente são as máquinas de lavar roupa. Os usuários quebram suas mentes, como nos modelos avançados, a roupa é pesada. A rede contém patentes onde se propõe resolver o problema de frente com a ajuda de molas ou extensômetros. Tais dispositivos não são capazes de grande confiabilidade, sob o risco de serem constantemente submetidos a deformações. Além disso, um par de tijolos é pendurado no tanque, o que significa que o peso total da estrutura é grande, o que impõe restrições. Na prática, nas lavadoras, a roupa é primeiramente umedecida abundantemente, então a massa total é estimada pela velocidade da aceleração do tambor. Esta é a pesagem da roupa, que determina ainda o programa de trabalho do equipamento, o consumo de pó, água, enxágüe.
2. Em teclados de computador, os sensores Hall entraram pela primeira vez na produção em massa. Normalmente, há um elemento sensível no substrato, um ímã é montado na chave.É claro que não há mais molas dentro do teclado moderno, e a força elástica é criada por polímeros com alta vida útil. A solução é extremamente bem sucedida: não é o sensor que se rompe e a parte mecânica não é elástica, o controlador falha.
3. O sensor Hall pode ser usado para medir a corrente( como nas pinças atuais).O dispositivo pode reagir a mudanças no campo eletromagnético que envolve o fio. Um chamado enrolamento de excitação( indutância de fio de cobre) é criado. A corrente medida é fornecida às torneiras e, como resultado, uma onda eletromagnética é formada, uma parte é estimada pelo sensor Hall. A resposta depende diretamente do valor medido. O cálculo é realizado de acordo com as fórmulas estabelecidas, por exemplo, no controlador. Para precisão, o instrumento é calibrado pelo fabricante. E as vantagens mencionadas acima permanecem, em primeiro lugar - a ausência de partes móveis. Da mesma forma, com a ajuda dos sensores Hall, torna-se possível medir a potência.
   

   A aplicação do sensor

4. A conversão de CC para tensão AC é considerada um exemplo da criação de um gerador. Se o sensor Hall estiver em um campo magnético alternado, a voltagem na saída repete a forma. A eficiência do dispositivo não difere de alto valor. Mas o design é simplificado ao máximo, torna-se possível transferir diretamente a forma do campo magnético para a corrente elétrica.
5. Em conexão com os fatos descritos acima, notamos que os sensores Hall permitem que você controle o fluxo e a carga total das baterias( medindo a corrente de fluxo e integrando-a ao longo do tempo).Isso faz com que a possibilidade de sua ampla aplicação. Por exemplo, em telefones celulares( até 37% do mercado).Mas especialistas acreditam que a direção mais promissora é o segmento de veículos elétricos, onde a questão da disponibilidade de energia será vital.
6. Devido à presença do campo magnético da Terra, torna-se possível criar bússolas com base nos sensores Hall. O único problema é que o valor em Tl é desigual sobre a superfície dos continentes e continentes, e a entrada de métodos de correção é necessária. Devido a esse efeito, os sistemas automáticos de estabilização de imagem para câmeras de vídeo de dispositivos móveis às vezes funcionam.
7. Pouco se sabe, mas a indústria automotiva responde por 52% do rendimento da liberação dos sensores Hall. Nesta indústria é necessário medir a velocidade de rotação das rodas, virabrequim e árvore de cames. Os leitores já adivinharam que o sensor Hall ajudará a determinar a posição da válvula borboleta, direção. O mercado automotivo tornou-se a principal força motriz para a melhoria dos dispositivos. Alguns sistemas são considerados o padrão de fato( ASIC, ASSP, ESC / ESP, etc.) no rugido, e os sensores Hall participam ativamente deles.