Hall sensor

Hall Effect Sensor är ett litet känsligt element som låter dig spåra förändringar i magnetfältet. Upptäckten har redan blivit 100 år gammal, fenomenet som ligger till grund för handlingsprincipen har varit känt sedan 1879, men endast under de senaste decennierna har produkter blivit en integrerad del av exemplen på tekniska framsteg.

Hall Effect

Edwin Hall visade att i riktningen tvärs mot magnetfältet genereras en emf i ledaren när likström strömmer genom den. I praktiken ser det ut som om det finns potentialer på kanterna på en metallremsa, när en magnet förs till remsan. Som ett resultat blir det möjligt att registrera det faktum att närma sig sensorn. Den potentiella skillnaden beror främst på:

1. Storleken på den strömmande likströmmen.
2. Magnetfältstyrka.
3. Mobilitet och koncentration av laddningsbärare i materialet.

Fram till 1950-talet, när mikrovågsstrålningsinspelaren först skapades, applicerades Hall-effekten inte utanför laboratorierna. I massbromsen som lanserats av tillverkare av datortangentbord visade sig det vara intressant att hitta ett kontaktlöst sätt att registrera tangenternas position och hitta en i 1968.Solid state-sensorn, uppfunnad 1965 av Joe Mopin och Everett Wortman, förbättrade kraftigt utrustningens egenskaper. Nu upplever branschen en årlig ökning av behovet av Hall-sensorer, uppskattar en uppskattad topp fem av tillverkningsföretag 2 miljarder dollar i intäkter.

Idag använder Hall sensorer på grund av denna funktion - de är nästan eviga, innehåller inte rörliga och gnidande delar. På tangentbordet är det inte det känsliga elementet som bryter, men regulatorn. Det finns virus som kan omprogrammera ett chip och infektera en dator. .. via USB-tangentbord. Förresten har de hemliga tjänsterna länge antagit en metod att spionera, men det finns helt enkelt inget effektivt skydd mot sårbarhet.

Hall-effekten manifesteras i ledaren, ju starkare desto lägre bärarkoncentrationen är och desto större är rörligheten. Metaller( på grundval av vilket fenomenet först visades) anses inte som ett idealiskt material för att skapa sensorer. I en mycket större utsträckning är halvledare lämpliga för detta ändamål. Samtidigt minskar detta kraftigt kostnaden och ökar sammansättningen av massproduktion.

Låt oss se hur Hall-sensorn fungerar. Föreställ dig en halvledarremsa längs vilken likström strömmar. I avsaknad av yttre störningar skapas ett elektriskt fält inuti, vilket sätter igång laddningsbärarna. Antag nu att linjer i ett konstant magnetfält uppstår vinkelrätt mot remsans yta. Lorentzs framväxande styrka kommer att vara den vänstra handregeln att agera på processen. Minns att riktningen är bestämd enligt följande: "Om du placerar din vänstra hand så att magnetfältlinjerna är vinkelräta mot din handflata och dina utsträckta fingrar ser i riktning mot laddningsrörelsen( i fysiken - positivt laddade partiklar, inte negativa elektroner) böjde tummen 90 graderkommer att peka i riktning mot Lorentz-styrkan. "

Det finns inga gåtor i Hall-effekten. Lorentzformeln föreslogs ett gott dussin år senare - år 1892 - innan folk fick reda på att en guldplatta bildar en potentiell skillnad vid ändarna när likström strömmar. Magnetfältets påverkan på ledarna 1831 uttrycktes tydligt av Michael Faraday tack vare en hemlig beundrare som världen lärde sig om generatorer och motorer. Det är fortfarande okänt som myntade den första likströmsmotorn. När omvänd generator.

Hall Effect öppnade 1879 vid basen av Johns Hopkins University i Baltimore. Edwin försökte testa Kelvin-teorin, uttryckt trettio år tidigare, arbetade aktivt för att studera effekten av ett magnetfält på en guldplatta. Vetenskapsmannen introducerade en koefficient som visar effekten som produceras beroende på produkten av det applicerade magnetfältet och strömningsströmmen. Naturligtvis beror värdet på materialegenskaperna.Ögonblicket har redan diskuterats.

Hall Effekter av Hall Sensorer

Experter pekar på följande fördelar med Hall sensorer:

1. Lång livslängd( för tangentbordet - 30 miljarder klick).
2. Brist på rörliga delar( solid state electronics), vilket tydligt förenklar designen med höga krav på vibrationer och stötar.
3. Förmåga att arbeta vid frekvenser av förändring av magnetfältet upp till 100 kHz.
4. Enkel kombination med de logiska nivåerna av digitala tekniksignaler.
5. Brett driftstemperaturområde( från minus 40 till plus 150 grader Celsius).
6. Hög mätrepeterbarhet, vilket gör det enkelt att tara instrument baserat på Hall sensorer.

Hall Sensorer

Design Under drift manifesterades traditionella halvledarmaterial - gallium och indiumarsenider - perfekt. Hall sensor är typiskt en liten tallrik, till vars motsatta ytor är parade elektroder. Matning bred och ligger på sidan av rektangeln. Där signalen tas - den enklaste punkten. I något system är en gemensam punkt markerad( neutral tråd, neutral), summan av kontakterna är tre. Negativa linjer kombineras.

Experter noterar att även om det inte finns ett magnetfält på elektroderna finns det vanligtvis en liten signal. Detta beror inte på vår planet, som läsarna kommer att tänka på.Potentialen längs plattans sidokant är ojämnt fördelad. Och det är inte alltid lämpligt att identifiera ekvivalenta poäng. Det är lättare att tara elektronik som är kopplad till sensorn eller att styras av punktpulser, vilket ofta görs i praktiken. Differentialförstärkare används ofta för korrigering( endast en signaländring är utgång).

-sensorns konstruktion Tjockleken på ledarfilmen är vanligtvis liten, knappt 10 mikron. För deponering på ett substrat med användning av litografimetoden. Detta gör att du kan skapa Hall sensorer med ett litet känsligt område, vilket i stor utsträckning förbättrar mätnoggrannheten, eftersom ytan är liten. I instrument används detta för att bedöma positionerna för delar av mekanismer. Småstorlekssensorer upptäcker emellertid ett relativt lågt svar, mätt i termer av W / T( utsignalen från den användbara signalen beroende på magnetfältets spänning).För seriella Hall-sensorer varierar parametern vanligen från 0,03 till 1.

I praktiken ser det ut som en pulsgenerator. Antag att det finns ett antal magneter på tvättmaskinens motoraxel, med en tur som ett visst antal toppar produceras. Som ett resultat av detta utvärderar den elektroniska fyllningen rotationshastigheten, rotorns vinkelläge, som exempelvis används i ventilmotorer( med elektronisk omkoppling av lindningarna).

Vi graverar och förklarar varför den lilla Hall-sensorn har ett svagt svar. Amplituden hos de genererade pulserna beror på den strömmande likströmmen, men den kan inte vara stor, annars kommer ledarfilmen( med ett tillräckligt stort motstånd) att överhettas och brinna. Därför varierar giltiga värden( i ampere) från 5 till 50 mA.

Användning av Hall Sensorer

1. Hall sensorer används ofta i hushållsapparater. Ett vältalande exempel är tvättmaskiner. Användare bryter sig, som i avancerade modeller, tvättas tvätten. Nätverket innehåller patent där det föreslås att man löser problemhuvudet med hjälp av fjädrar eller spänningsmätare. Sådana anordningar kan inte ha stor tillförlitlighet, riskerar att ständigt utsättas för deformationer. Dessutom hänger ett par tegelstenar på tanken, vilket innebär att strukturens totala vikt är stor, vilket innebär begränsningar. I praktiken, i tvättmaskiner, tvättas tvätten först i stor utsträckning, då uppskattas totalmassan av hastigheten på trummanacelerationen. Det här tynger tvätten, vilket ytterligare bestämmer utrustningsarbetet, förbrukningen av pulver, vatten, sköljning.
2. I datortangentbord kom Hall sensorer först in i massproduktionen. Vanligtvis finns det ett känsligt element på substratet, en magnet är monterad på nyckeln. Det är uppenbart att det inte finns fler fjädrar inuti det moderna tangentbordet, och den elastiska kraften är skapad av polymerer med ett högt livslängd. Lösningen är extremt framgångsrik: det är inte sensorn som bryter ner och den mekaniska delen inte är elastisk, regulatorn misslyckas.
3. Hall sensorn kan användas för att mäta strömmen( som i aktuella tang).Enheten kan reagera på förändringar i det elektromagnetiska fältet som omger ledningen. En så kallad excitationslindning( induktans från koppartråd) skapas. Den uppmätta strömmen tillförs kranen, vilket resulterar i att en elektromagnetisk våg bildas, en del beräknas av Hall-sensorn. Svaret beror direkt på det uppmätta värdet. Beräkningen utförs enligt de formler som fastställs, till exempel i styrenheten. För noggrannhet kalibreras instrumentet av tillverkaren. Och fördelarna som nämns ovan förblir först och främst - frånvaron av rörliga delar. På samma sätt, med hjälp av Hall sensorer blir det möjligt att mäta makt.
   

   Applikationen av sensorn

4. Konverterar likström till växelspänning anses vara ett exempel på skapandet av en generator. Om Hall-sensorn befinner sig i ett växlande magnetfält, upprepar spänningen vid utgången formen. Effektiviteten hos enheten har inte ett högt värde. Men designen förenklas till det maximala, det blir möjligt att direkt överföra magnetfältets form till elströmmen.
5. I samband med de ovan beskrivna fakta noterar vi att Hall-sensorer gör att du kan styra flödet och full laddning av batterier( genom att mäta flödesströmmen och integrera den över tiden).Detta medför att deras breda tillämpning blir möjlig. Till exempel i mobiltelefoner( upp till 37% av marknaden).Men experter tror att den mest lovande riktningen är segmentet elbilar, där frågan om tillgången på energi kommer att bli avgörande.
6. På grund av närvaron av jordens magnetfält blir det möjligt att skapa kompasser baserade på Hall sensorer. Det enda problemet är att värdet i Tl är ojämnt över kontinenter och kontinenter, och inmatningen av korrigeringsmetoder krävs. På grund av denna effekt fungerar automatiskt bildstabiliseringssystem för videokameror av mobila enheter ibland.
7. Lite är känt, men bilindustrin står för 52% av avkastningen från frisläppandet av Hall sensorer. I denna bransch är det nödvändigt att mäta rotationshastigheten för hjulen, vevaxeln och kamaxeln. Läsare har redan gissat att Hall-sensorn hjälper till att bestämma gasventilens styrning, styrning. Bilmarknaden har blivit den viktigaste drivkraften för ytterligare förbättring av enheter. Vissa system betraktas som de facto-standarden( ASIC, ASSP, ESC / ESP, etc.) på bruset, och Hall-sensorerna tar en aktiv roll i dem.