Hallov senzor - zariadenie určené na meranie sily magnetického poľa. Jeho práca je založená na Hallovom jave, čo je fenomén objavenia sa potenciálneho rozdielu v magnetickom poli, keď je v ňom umiestnený vodič jednosmerného prúdu. Toto zariadenie našlo široké uplatnenie v rôznych zariadeniach a mechanizmoch.
Obsah
- História vzniku zariadenia
- Dizajnové prvky
- Princíp fungovania
- Typy zariadení
- Aplikácia snímača
- Používanie senzorov v smartfónoch
História vzniku zariadenia
Koncom 19. storočia americký vedec z Baltimoru Edwin Herbert Hall umiestnil polovodičovú dosku do magnetického poľa a pripojil k nej elektrický prúd. Táto akcia vytvorila napätie na širokých stranách dosky.
Tento jav sa nazýva Hallov efekt a pritiahol pozornosť verejnosti. O 75 rokov neskôr, keď priemysel začal vyrábať polovodičové filmy, našiel tento objav široké uplatnenie v oblasti technológií. Dnes sa používajú tieto senzory:
- Elektronické zapaľovanie v automobiloch.
- V pohone počítača a motoroch ventilátorov.
- Ako základ pre elektronický kompas v smartfónoch.
- V bezkontaktných elektrických zariadeniach na meranie prúdu a napätia.
- V niektorých modeloch iónových prúdových motorov.
Prvé typy snímačov sa začali vyrábať v polovici 20. storočia. V roku 1965 americkí experti vytvorili polovodičové zariadenie, ktoré výrazne zlepšilo výkon zariadení. Senzory sa považujú za prakticky večné, pretože nemajú interagujúce a trecie prvky.
Dizajnové prvky
Polovodiče arzenidov gália a india sa považujú za najúčinnejšie materiály na výrobu senzora. Najčastejšie je zariadením fólia, ktorej hrúbka nepresahuje 10 mikrónov. Senzor má tri svorky:
- napájací zdroj so vstupným napätím 6V;
- nulový kontakt;
- výstup, z ktorého ide signál do spínača.
Svorka, na ktorú sa napájací zdroj hodí, je široká a zaberá celú stranu obdĺžnika. Výstupná svorka má bodovú elektródu. Spoločný bod funguje ako nulový kontakt. Keďže v neprítomnosti magnetického poľa zostáva na kontaktoch malý signál, na korekciu výstupných údajov sa používa diferenciálny zosilňovač.
Mikroobvod sa aplikuje na substrát litografiou, čo zlepšuje presnosť odčítania. Zvyčajne sa to v rôznych zariadeniach používa na kontrolu polohy prvkov mechanizmu.
Princíp fungovania
Princíp činnosti Hallovho snímača je založený na galvanomagnetickom jave, ktorý ukazuje výsledok interakcie magnetického poľa s polovodičom. Polovodič je pripojený k elektrickému obvodu, ktorý mení jeho vlastnosti.
Akonáhle sa objaví priečne napätie, okamžite nastáva Hallov jav. V tomto okamihu je náboj nasmerovaný kolmo na vektor poľa. Tento jav sa vysvetľuje účinkom Lorentzovej sily na elektróny alebo diery, čo vedie k ich vychýleniu.
Pod vplyvom tejto sily sa častice v polovodiči pohybujú rôznymi smermi v súlade s ich znamienkom. Elektróny (záporný náboj) sa zhromažďujú na jednej strane platne a častice s kladným znamienkom na druhej strane.
Keď sa medzi nimi hromadia náboje, vzniká elektrický tok, ktorý im bráni v pohybe pod vplyvom Lorentzovej sily. Po dosiahnutí rovnosti tejto sily a magnetického poľa sa polovodič dostáva do rovnovážnej fázy. Takto funguje Hallov senzor.
Typy zariadení
Hlavnou úlohou tohto zariadenia je určiť silu magnetického toku. V praxi ide o snímač na určovanie hodnôt magnetického poľa. Existujú dva typy senzorov:
- digitálny;
- analógový.
Digitálne prístroje sú bipolárne a unipolárne. Bipolárne prvky fungujú v závislosti od polarity magnetického poľa, to znamená, že jeden zapína senzor a druhý ho vypína.
Unipolárne zariadenia sa zapnú, keď sa objaví akákoľvek polarita, a vypnú sa, keď sa zníži. Digitálne snímače merajú indukciu a výskyt zodpovedajúceho napätia, to znamená prítomnosť alebo neprítomnosť magnetického poľa.
Prístroj zobrazí jednu, keď indukcia poľa dosiahne prahovú hodnotu. Do tohto momentu bude snímač ukazovať nulu. Takýto senzor nebude schopný detekovať prítomnosť magnetického poľa so slabou indukciou. Okrem toho vzdialenosť od meraného objektu ovplyvní presnosť odčítania.
Aplikácia snímača
Halové meniče sú široko používané v moderných domácich spotrebičoch. S ich pomocou sa bielizeň váži v práčkach. Keď sa jednotka spustí, veci sa najskôr namočia a potom sa bubon začne otáčať. Celková hmotnosť je určená rýchlosťou otáčania a stroj je naprogramovaný na spotrebu prášku, vody a leštidla.
V sériovej výrobe boli senzory prvýkrát použité v počítačových klávesniciach. Tu dochádza k interakcii snímacieho prvku na doske a magnetu na klávesoch. Elasticitu zabezpečuje polymérový materiál, ktorý má dlhú životnosť.
Jediné, čo sa môže v klávesnici zlomiť, je ovládač. Hallove senzory používajú elektrikári veľmi často.pri meraní sily prúdu v drôtoch bezkontaktnou svorkou. Merač reaguje na zmeny v elektromagnetickom poli okolo káblov a vodičov.
V dôsledku indukčnosti medeného drôtu v svorke vzniká budenie a vzniká elektromagnetická vlna. Časť jeho hodnoty odhaduje snímač, ktorý prenáša údaje do regulátora. Podľa vzorcov v ňom vložených sa vykoná výpočet a zobrazí sa výsledok.
Senzory sa používajú v mobilných telefónoch na sledovanie nabitia batérie a jej spotreby. Takýto moment sa však považuje za veľmi dôležitý pri prevádzke elektrických vozidiel, pretože prítomnosť energie v nich zaujíma osobitné miesto. Hallove prevodníky sa používajú v elektronických kompasoch a ako stabilizátor obrazu v mobilných fotoaparátoch.
Ale tieto zariadenia sú obzvlášť široko používané v automobilovom priemysle. V automobiloch sa používajú na určenie otáčok motora, polohy škrtiacej klapky, rýchlosti vozidla a pod. V elektronickom zapaľovacom systéme sa používa snímač. Nachádza sa v rozdeľovači a nahrádza kontakty na vytvorenie iskry.
Používanie senzorov v smartfónoch
Hallove senzory sú vďaka svojej malej veľkosti široko používané v moderných elektronických prístrojoch. V smartfónoch pomáhajú vrátiť obrazovku do pôvodnej polohy, poskytujú rýchly štart GPS vyhľadávania, predlžujú výdrž batérie a pod.
Schopnosť reagovať na magnetické polia sa využíva pri skladacích telefónoch a notebookoch. Vďaka prítomnosti senzora sa zariadenia zapínajú pri otvorení a vypínajú pri zatvorení obrazovky. V smartfónoch rovnakú funkciu vykonáva senzor, ktorý spolupracuje s magnetom zabudovaným do obalu knihy. Po otvorení krytu sa účinok poľa zoslabí a snímač zapne podsvietenie obrazovky. Hallov transformátor v gadgetoch vykonáva nasledujúce užitočné funkcie:
- poskytuje orientáciu vo vzťahu k horizontu zeme;
- funguje ako kompas mobilného zariadenia;
- vykonáva orientáciu obrazovky.
Snímač má v zariadení videokamery nemalý význam. Spolu so špeciálnym mikroobvodom umožňuje nastaviť kvalitu obrazu. Platí to najmä pri nakrúcaní večer.
