Hall effektus érzékelő
A Hall-effektus érzékelők érzékelik az állandó mágnes vagy elektromágnes mágneses térerősségét és irányát. A Hall-effektus érzékelő kimenete a mágneses mező függvénye, és képes pozitív és negatív mágneses mezőket is érzékelni.
A Hall-effektus érzékelő működési elve
Külső mágneses mező aktiválja a hall-effektus érzékelőket. A mágneses mezőket a fluxussűrűség (B) és annak mágneses pólusai, például az északi vagy a déli pólusok ábrázolják. A hall-effektus érzékelő körüli mágnesesség határozza meg annak kimeneti jelét. Ha a környezeti mágneses fluxussűrűség meghalad egy előre meghatározott küszöbértéket, az érzékelő VH Hall feszültséget állít elő.
A félvezető érzékelők p-típusú félvezetők, például gallium-arzenid (GaAs), indium-arzenid (InAs) és indium-antimonid (InSb), amelyek egyenáramot vezetnek. A félvezető anyag mágneses tér jelenlétében erőt fejt ki, ami azt okozza, hogy mind az elektronok, mind a lyukak a félvezető réteg oldalára mozognak. Ahogy az elektronok és a lyukak mindkét oldalra mozognak, potenciálkülönbség alakul ki a félvezetők különböző oldalai között. Lapos téglalap alakú anyagokban a félvezető anyagra merőleges külső mágneses tér nagyobb hatással van az elektronok mozgékonyságára.
A hall-effektus a mágneses pólus típusát és annak térerősségét mutatja. Például a mágnes egyik pólusán feszültség van, a másikon viszont nincs. A Hall-effektus-érzékelők általában „ki vannak kapcsolva”, és nyitott áramkörként működnek, amikor nincs mágneses tér. Csak erősen polarizált mágneses térben zárnak (zárt áramkör).
Hall-effektus mágneses érzékelő jellemzői
A csarnok feszültsége (V H ) a hall-effektus érzékelő mágneses térerősségének (H) függvénye. A legtöbb kereskedelmi forgalomban kapható csarnokeffektus eszköz tartalmaz egyenáramú erősítőket, kapcsoló logikai áramköröket és feszültségszabályozókat, amelyek javítják az érzékelő érzékenységét és a kimeneti feszültséget. Ez lehetővé teszi, hogy a hall-effektus érzékelő nagyobb teljesítményt és mágneses mezőt kezeljen.
Hall-effektus mágneses érzékelő áramköri diagramja
A félaktív érzékelők lineáris vagy digitális kimenettel rendelkeznek. A lineáris érzékelő kimeneti feszültsége közvetlenül kapcsolódik a Hall-érzékelőn átáramló mágneses térhez, és egy műveleti erősítő adja ki.
Hall-effektus feszültségegyenlet
A kimeneti feszültség egyenletét a következő képlet adja meg:
Itt, V H az R hall feszültséget jelöli H a hall-effektus együtthatót, én az áramot, a t a vastagságot, a B pedig a mágneses fluxussűrűséget jelöli. A lineáris vagy analóg érzékelők állandó feszültséget állítanak elő, amely erősebb mágneses mező esetén nő, gyengébb mező esetén pedig csökken. Hall-effektus érzékelőben a mágneses tér erősségének növekedésével az erősítő kimeneti jele nő, amíg a tápegység telítődik. A mágneses tér növelése a kimenet telítettségét okozza, de nincs hatása:
Ha a Hall érzékelő kimenete meghaladja a rajta átáramló mágneses fluxus előre meghatározott szintjét, az érintkezők gyorsan átváltanak a „zárt” állapotból a „nyitott” állapotba, pattogás nélkül. Ez a beépített hiszterézis megakadályozza, hogy a kimenő jel oszcillálódjon, amikor az érzékelő a mágneses mezőbe kerül. Ez azt jelenti, hogy a digitális kimeneti érzékelőnek csak „be” és „kikapcsolt” állapota van.
Hall-effektus-érzékelő típusok
A Hall-effektus-érzékelők kétféleek lehetnek: bipoláris hall-effektus-érzékelők és unipoláris hall-effektus-érzékelők. Az unipoláris érzékelők működhetnek és kisülhetnek, amikor azonos déli mágneses pólusú mágneses mezőbe lépnek be és kilépnek, míg a bipoláris érzékelők működéséhez és kisüléséhez pozitív és negatív mágneses mezőre is szükség van. 10-20 mA-es kimeneti meghajtó képességei miatt a legtöbb Hall-effektus eszköz nem képes közvetlenül kapcsolni a nagy áramterhelést. Erős áramterhelés esetén egy NPN tranzisztor kerül a kimenetre nyitott kollektoros elrendezéssel.
A Hall-effektus érzékelők alkalmazásai
A hall-effektus érzékelők mágneses mezők jelenlétében kapcsolódnak be, és egyetlen állandó típusú mágnes vezérli őket egy mozgó tengelyen vagy eszközön. Az érzékenység maximalizálása érdekében a mágneses fluxusvonalaknak merőlegesnek kell lenniük az érzékelőtérre, és minden konfigurációban megfelelő polarizációval kell rendelkezniük.
1: Irányítsa az észlelést
Ez megköveteli, hogy a mágneses tér merőleges legyen a Hall-effektus detektorra, az alábbiak szerint:
Ez a technika V kimeneti jelet állít elő H , amely lineáris eszközökben méri a mágneses fluxussűrűséget a Hall-effektus-érzékelőtől való távolság függvényében. A kimeneti feszültség a mágneses tér erősségével és közelségével nő.
2: Oldalirányú érzékelés
Közvetett mágneses fluxust igényel, miközben a mágnes oldalra mozog a Hall effektus elemen.
Az oldalirányú vagy mozgatható szenzorok a légréstől bizonyos távolságban a Hall elem felületén csúszó mágneses tér érzékelésével mérhetik a forgó mágnesek vagy motorok sebességét.
Pozitív vagy negatív lineáris kimeneti feszültség állítható elő attól függően, hogy a szenzor nulla mezőjének középvonalán áthaladó mágneses mező hol helyezkedik el. Meghatározza a függőleges és vízszintes mozgásokat.
3: Pozícióvezérlés
A helyzetérzékelő kikapcsolt állapotban marad, ha nincs mágneses tér. Amint a mágnes déli pólusa merőlegesen elmozdul a hall-effektus érzékelő közelébe, a készülék „bekapcsol”, és a LED világít. Bekapcsoláskor a Hall effektus érzékelő „BE” állapotban van.
A LED kikapcsolásához a mágneses térnek a minimális érzékelhető triggerelési pont alá kell süllyednie, vagy szembesülhet az ellentétes északi pólussal is negatív gauss értékkel.
Következtetés
A hall-effektus érzékelők a mágneses terek irányának és erősségének érzékelésére szolgálnak. Az alkalmazások széles skálájában használatosak, beleértve az autóiparban, a közelségérzékelésben, a fejjel, oldalirányban és helyzetérzékelésben a különböző mágneses mezőkhöz.