Hall Effect Sensor je malý citlivý prvok, ktorý umožňuje sledovať zmeny v magnetickom poli. Objav už storočia je starý, fenomén, na ktorom je založený princíp konania, je známy už od roku 1879, ale iba v posledných desaťročiach sa výrobky stali neoddeliteľnou súčasťou príkladov technologického pokroku.
Snímače rôznych typov
Hall Effect
Edwin Hall ukázal, že v smere priečnom k magnetickému poľu sa vo vedení vyskytuje emf, keď prúdi jednosmerný prúd. V praxi to vyzerá ako výskyt potenciálov na okrajoch kovového pásu, keď je magnet privedený na pás. V dôsledku toho je možné zaznamenať skutočnosť, že sa blíži k senzoru. Potenciálny rozdiel závisí hlavne od:
- Veľkosť prúdiaceho jednosmerného prúdu.
- Pevnosť magnetického poľa.
- Mobilita a koncentrácia nosičov nábojov v materiáli.
Až do roku 1950, kedy bol prvýkrát vytvorený rekordér mikrovlnného žiarenia, Hallov efekt nebol aplikovaný mimo laboratórií.V masovom plávaní spustenom výrobcami počítačových klávesníc sa obavy ukázali byť zaujímavé pri hľadaní bezkontaktného spôsobu registrácie pozície kľúčov a nájdených v roku 1968.Senzor v pevnom stave, ktorý vynašiel Joe Mopin a Everett Wortman v roku 1965, výrazne zlepšil vlastnosti zariadenia. Teraz v priemysle dochádza k ročnému nárastu potreby senzorov Hall, odhaduje sa, že päť výrobných spoločností zhromažďuje príjmy vo výške 2 miliardy dolárov.
V súčasnej dobe Hall Hall senzory používajú kvôli tejto funkcii - sú takmer večné, neobsahujú pohyblivé a trecie časti. V klávesnici nie je citlivý prvok, ktorý sa rozbije, ale regulátor. Existujú vírusy, ktoré môžu preprogramovať čip a infikovať počítač. .. cez USB klávesnice. Mimochodom, tajné služby už dlho používajú metódu špehovania, ale jednoducho neexistuje účinná ochrana pred zraniteľnosťou.
Hallov efekt sa prejavuje vo vodiči, čím silnejší, tým nižšia je koncentrácia nosiča a tým väčšia mobilita. Kovy( na základe ktorých bol tento fenomén prvýkrát preukázané) sa nepovažujú za ideálny materiál na vytvorenie senzorov. V oveľa väčšej miere sú na tento účel vhodné polovodiče. Súčasne to výrazne znižuje náklady a zvyšuje zjednotenie sériovej výroby.
Pozrime sa, ako Hall Hall funguje. Predstavte si, že polovodičový prúžok pozdĺž ktorého prúdi jednosmerný prúd. Pri absencii vonkajších porúch je vnútri vytvorené elektrické pole, ktoré aktivuje nosiče náboja. Predpokladajme teraz, že línie konštantného magnetického poľa vznikajú kolmo na povrch pásu. Vznikajúca sila Lorentzu bude pravidlom ľavej ruky, ktorá bude konať v procese. Pripomeňme, že smer je určený nasledovne: "Ak umiestniš ľavú ruku tak, že línie magnetického poľa sú kolmé na dlaň a vytiahnuté prsty sa pozerajú smerom pohybu náboja( vo fyzike - pozitívne nabité častice, nie záporné elektróny), palec ohnutý o 90 stupňovbude smerovať v smere pôsobenia Lorentzovej sily. "
V efekte Hall nie sú žiadne hádanky. Lorentzov vzorec bol navrhnutý o dobrých desiatok rokov neskôr - v roku 1892 - predtým, než ľudia zistili, že platňa zlata tvorí potenciálny rozdiel na koncoch pri prúde jednosmerného prúdu. Vplyv magnetického poľa na vodiče v roku 1831 jasne vyjadril Michael Faraday, vďaka tajnému obdivovateľovi, ktorého sa svet dozvedel o generátoroch a motoroch. Ešte stále nie je známe, kto vytvoril prvý jednosmerný motor. Pri obrátenom behu generátora.
Hall Effect bol otvorený v roku 1879 na základni Univerzity Johns Hopkins v Baltimore. Edwin sa pokúsil otestovať Kelvinovu teóriu, vyjadrenú pred tridsiatimi rokmi, aktívne pracuje na štúdiu účinku magnetického poľa na zlatú platňu. Vedec predstavil koeficient ukazujúci účinok produkovaný v závislosti od produktu použitého magnetického poľa a prúdu prúdu. Je zrejmé, že hodnota závisí od vlastností materiálu. Moment už bol prerokovaný.
Hall Effect
Hall účinky Hall Hall Sensors
Odborníci poukazujú na nasledujúce výhody snímačov Hall:
- Dlhá životnosť( pre klávesnicu - 30 miliárd kliknutí).
- Nedostatok pohyblivých častí( polovodičová elektronika), čo jasne zjednodušuje dizajn s vysokými nárokmi na vibrácie a otrasy.
- Schopnosť pracovať na frekvenciách zmeny magnetického poľa do 100 kHz.
- Jednoduchá kombinácia s logickými úrovňami signálov digitálnej technológie.
- Široký rozsah prevádzkových teplôt( od mínus 40 do plus 150 stupňov Celzia).
- Vysoká opakovateľnosť merania, ktorá umožňuje jednoduché vyvažovanie nástrojov založených na Hallových snímačoch. Senzory
Hall Senzory
Konštrukcia Počas prevádzky sa dokonale prejavili tradičné polovodičové materiály - gália a arzenédy indídu. Senzor Hall je zvyčajne malá doska, na opačnú stranu ktorej sú spárované elektródy. Kŕmenie široký a umiestnený na strane obdĺžnika. Kde je signál prijatý - najjednoduchší bod. V akejkoľvek schéme je označený spoločný bod( neutrálny vodič, neutrál), súčet kontaktov sa rovná tri. Vylučujúce čiary sú kombinované.
Odborníci poznamenať, že aj pri absencii magnetického poľa na elektródy, je zvyčajne malý signál. Nie je to kvôli vplyvu našej planéty, ako si budú myslieť čitatelia. Potenciál pozdĺž bočného okraja dosky je nerovnomerne rozložený.A nie vždy je vhodné identifikovať ekvivalentné body. Je ľahšie odtiahnuť elektroniku spojenú so snímačom alebo riadiť bodovými impulzmi, čo sa často robí v praxi. Diferenčné zosilňovače sa často používajú na korekciu( iba výstupná zmena signálu).
Vlastnosti návrhu snímača
Hrúbka vodičovej fólie je zvyčajne malá, sotva dosahuje 10 mikrónov. Na nanášanie na substrát pomocou metódy litografie. To vám umožní vytvoriť senzor Hall s malou citlivou oblasťou, ktorá značne a často zvyšuje presnosť meraní, pretože povrch je malý.V nástrojoch sa používa na posúdenie pozícií častí mechanizmov. Malé senzory však zistia relatívne nízku odozvu, meranú v zmysle W / T( výstupný výkon užitočného signálu v závislosti od napätia magnetického poľa).Pri sériových snímačoch Hall sa parameter zvyčajne pohybuje od 0,03 do 1.
V praxi to vyzerá ako generátor impulzov. Predpokladajme, že na hriadeľ motora pračky je niekoľko magnetov, s otočením sa vytvorí určitý počet píkov. Výsledkom je, že elektronická výplň hodnotí rýchlosť otáčania, uhlovú polohu rotora, ktorá sa používa napríklad v ventilových motoroch( s elektronickým prepínaním vinutia).
Poďme sa ustúpiť a vysvetliť, prečo malý senzor Hall má slabú odpoveď.Amplitúda generovaných impulzov závisí od prúdiaceho jednosmerného prúdu, ale nemôže byť veľká, inak sa vodivá fólia( s dostatočne veľkým odporom) prehrieva a spáli. Preto platné hodnoty( v ampéroch) sa pohybujú od 5 do 50 mA.
Použitie snímačov sály
Senzory- Hall sú široko používané v domácich spotrebičoch. Výslovným príkladom sú práčky. Používatelia prestávajú rozmýšľať, pretože v pokročilých modeloch je bielizeň zvážená.Sieť obsahuje patenty, v ktorých sa navrhuje riešenie problému na začiatku pomocou pružín alebo tenzometrov. Takéto zariadenia nie sú schopné vysokej spoľahlivosti, s rizikom neustáleho vystavenia deformáciám. Navyše na nádrž je zavesená niekoľko tehál, čo znamená, že celková hmotnosť konštrukcie je veľká, čo ukladá obmedzenia. V praxi sa pračka v pračkách najskôr zvlhčí, potom sa celková hmotnosť odhadne rýchlosťou zrýchlenia bubna. Jedná sa o váženie bielizne, ktorá ďalej určuje program práce zariadenia, spotrebu prášku, vody, opláchnuť.
- V počítačových klávesniciach prvýkrát vstúpili do hromadnej výroby senzory Hall. Zvyčajne je na substráte citlivý prvok, na kľúč je namontovaný magnet. Je jasné, že v modernej klávesnici nie sú žiadne ďalšie pružiny a elastická sila je vytvorená polymérmi s vysokou životnosťou. Riešenie je mimoriadne úspešné: nie je to senzor, ktorý sa rozpadne a mechanická časť nie je elastická, regulátor zlyhá.
- Hallový snímač sa môže použiť na meranie prúdu( ako u bežných klieští).Prístroj môže reagovať na zmeny v elektromagnetickom poli okolo drôtu. Vytvára sa takzvané excitačné vinutie( indukčnosť z medeného drôtu).Zmeraný prúd sa dodáva do kohútikov, v dôsledku čoho sa vytvorí elektromagnetická vlna, časť sa odhadne Hallovým snímačom. Odozva závisí priamo od nameranej hodnoty. Výpočet sa vykonáva podľa vzorcov stanovených napríklad v regulátore. Pre presnosť je prístroj kalibrovaný výrobcom. Výhody uvedené vyššie sú predovšetkým neprítomnosťou pohyblivých častí.Podobne pomocou senzorov Hall je možné merať výkon.
Aplikácia snímača
- Konverzia DC na striedavé napätie sa považuje za príklad vytvorenia generátora. Ak je snímač Hall v striedavom magnetickom poli, napätie na výstupe zopakuje tvar.Účinnosť zariadenia nemá vysokú hodnotu. Ale dizajn je zjednodušený na maximum, je možné priamo prenášať tvar magnetického poľa na elektrický prúd.
- V súvislosti s vyššie uvedenými faktami upozorňujeme, že snímače Hall umožňujú regulovať prietok a plné nabitie batérií( meraním prúdového prúdu a jeho integráciou v priebehu času).To spôsobuje možnosť ich širokého použitia. Napríklad v mobilných telefónoch( až 37% trhu).Odborníci sa však domnievajú, že najsľubnejším smerom je segment elektrických vozidiel, kde bude otázka dostupnosti energie rozhodujúca.
- Vzhľadom na prítomnosť magnetického poľa Zeme je možné vytvoriť kompasy založené na Hallových snímačoch. Jediným problémom je, že hodnota v Tl je nerovnomerná nad povrchom kontinentov a kontinentov a je potrebný vstup korekčných metód. V dôsledku toho niekedy fungujú automatické systémy na stabilizáciu obrazu pre videokamery mobilných zariadení.
- Malý je známy, ale automobilový priemysel tvorí 52% výnosu z uvoľnenia Hallových senzorov. V tomto odvetví je potrebné merať rýchlosť otáčania kolies, kľukového hriadeľa a vačkového hriadeľa.Čitatelia už odhadli, že Hallov snímač pomôže určiť polohu škrtiaceho ventilu, riadenia. Automobilový trh sa stal hlavnou hnacou silou ďalšieho zdokonaľovania zariadení.Niektoré systémy sa považujú za de facto štandard( ASIC, ASSP, ESC / ESP, atď.) Na hučanie a Halloví senzori sa na nich aktívne zúčastňujú.
