Co je Hallův jev a jak fungují snímače s Hallovým jevem
V tomto tutoriálu se dozvíme, co je Hallův jev a jak fungují snímače s Hallovým jevem. Můžete se podívat na následující video nebo si přečíst níže uvedený písemný návod.
Hallův jev je nejběžnější metoda měření magnetického pole a senzory s Hallovým jevem jsou velmi oblíbené a mají mnoho současných aplikací. Najdeme je například ve vozidlech jako snímače otáček kol a také jako snímače polohy klikového nebo vačkového hřídele. Také se často používají jako spínače, kompasy MEMS, snímače přiblížení atd. Nyní si některé z těchto snímačů projdeme a podíváme se, jak fungují, ale nejprve si vysvětlíme, co je to Hallův jev.
Co je to Hallův jev?
Tady je experiment, který vysvětluje Hallův jev: Pokud bychom měli tenkou vodivou destičku, jak je znázorněno na obrázku, a nechali bychom jí protékat proud, nosiče náboje by proudily v přímce z jedné strany destičky na druhou.
Nyní, pokud bychom do blízkosti desky přivedli nějaké magnetické pole, narušili bychom přímý tok nosičů náboje v důsledku síly, která se nazývá Lorentzova síla (Wikipedie). V takovém případě by se elektrony vychýlily na jednu stranu desky a kladné díry na druhou stranu desky. To znamená, že pokud nyní mezi obě strany vložíme měřicí přístroj, získáme určité napětí, které lze změřit.
Takže jev, při kterém získáme měřitelné napětí, jak jsme si vysvětlili výše, se nazývá Hallův jev podle Edwina Halla, který jej objevil v roce 1879.
Snímače s Hallovým jevem
Základní Hallův prvek magnetických snímačů s Hallovým jevem většinou poskytuje velmi malé napětí pouze několik mikrovoltů na Gauss, proto se tato zařízení obvykle vyrábějí se zabudovanými zesilovači s vysokým zesílením.
Existují dva typy Hallových snímačů, z nichž jeden poskytuje analogový a druhý digitální výstup. Analogový snímač se skládá z regulátoru napětí, Hallova prvku a zesilovače. Ze schématu zapojení je patrné, že výstup snímače je analogový a je úměrný výstupu Hallova prvku nebo intenzitě magnetického pole. Tento typ snímačů je vhodný a používá se pro měření přiblížení, protože má spojitý lineární výstup.
Na druhou stranu snímače s digitálním výstupem poskytují pouze dva výstupní stavy, buď „ON“, nebo „OFF“. Tento typ snímačů má další prvek, jak je znázorněno na schématech zapojení. Tím je Schmittova spoušť, která poskytuje hysterezi nebo dvě různé prahové úrovně, takže výstup je buď vysoký, nebo nízký. Podrobnější informace o tom, jak Schmittův spouštěč funguje, najdete v mém konkrétním návodu.
Příkladem tohoto typu senzoru je spínač s Hallovým jevem. Často se používají jako koncové spínače, například v 3D tiskárnách a CNC strojích, a také pro detekci a polohování v průmyslových automatizačních systémech.
Dalšími současnými aplikacemi snímačů s Hallovým jevem jsou měření otáček kola/rotoru nebo otáček za minutu a také určení polohy klikového nebo vačkového hřídele v motorových systémech. Tyto snímače se skládají z Hallova prvku a permanentního magnetu, které jsou umístěny v blízkosti ozubeného kotouče připevněného na rotujícím hřídeli.
Prostor mezi snímačem a zuby kotouče je velmi malý, takže při každém průchodu zubu v blízkosti snímače se změní okolní magnetické pole, což způsobí, že výstup snímače bude buď vysoký, nebo nízký. Výstupem snímače je tedy signál se čtvercovou vlnou, který lze snadno použít k výpočtu otáček rotujícího hřídele.