Mi a Hall-hatás és hogyan működnek a Hall-hatás érzékelők
Ezzel a bemutatóval megtanuljuk, mi a Hall-hatás és hogyan működnek a Hall-hatás érzékelők. Megnézheted az alábbi videót vagy elolvashatod az alábbi írott oktatóanyagot.
A Hall-effektus a mágneses tér mérésének legelterjedtebb módszere, és a Hall-effektus érzékelők nagyon népszerűek és számos kortárs alkalmazásuk van. Például járművekben keréksebesség-érzékelőként, valamint forgattyú- vagy vezérműtengely-pozícióérzékelőként is megtalálhatók. Emellett gyakran használják őket kapcsolóként, MEMS iránytűként, közelségérzékelőként és így tovább. Most végigmegyünk néhány ilyen érzékelőn, és megnézzük, hogyan működnek, de először magyarázzuk el, mi az a Hall-effektus.
Mi az a Hall-effektus?
Itt a kísérlet, amely megmagyarázza a Hall-effektust: Ha az ábrán látható módon vékony vezető lemezünk van, és áramot állítunk rajta keresztül, akkor a töltéshordozók egyenes vonalban áramlanának a lemez egyik oldaláról a másikra.
Ha most valamilyen mágneses teret hoznánk a lemez közelébe, akkor egy erő, az úgynevezett Lorentz-erő (Wikipedia) hatására megzavarnánk a töltéshordozók egyenes áramlását. Ebben az esetben az elektronok a lemez egyik oldalára, a pozitív lyukak pedig a lemez másik oldalára térnének el. Ez azt jelenti, hogy ha most egy mérőórát teszünk a másik két oldal közé, akkor valamilyen feszültséget kapunk, ami mérhető.
Azt a hatást tehát, hogy mérhető feszültséget kapunk, ahogy fentebb elmagyaráztuk, Hall-effektusnak nevezzük Edwin Hall után, aki 1879-ben felfedezte.
Hall-hatású érzékelők
A Hall-hatású mágneses érzékelők alap Hall-elemének legtöbbször nagyon kis, Gauss-onként csak néhány mikrovoltos feszültséget biztosít, ezért ezeket az eszközöket általában beépített nagy erősítésű erősítőkkel gyártják.
A Hall-érzékelőknek két típusa van, az egyik analóg, a másik digitális kimenetet biztosít. Az analóg érzékelő egy feszültségszabályozóból, egy Hall-elemből és egy erősítőből áll. Az áramköri sémákból láthatjuk, hogy az érzékelő kimenete analóg és arányos a Hall-elem kimenetével vagy a mágneses térerősséggel. Az ilyen típusú érzékelők a folyamatos lineáris kimenetük miatt alkalmasak és használatosak a közelség mérésére.
A digitális kimeneti érzékelők viszont csak két kimeneti állapotot biztosítanak, vagy “ON” vagy “OFF”. Az ilyen típusú érzékelők egy további elemmel rendelkeznek, amint azt az áramköri rajzok szemléltetik. Ez a Schmitt Trigger, amely hiszterézist vagy két különböző küszöbszintet biztosít, így a kimenet vagy magas vagy alacsony. További részletekért, hogy hogyan működik a Schmitt Trigger, megnézheti az erre vonatkozó külön bemutatómat.
Egy példa az ilyen típusú érzékelőre a Hall Effect kapcsoló. Ezeket gyakran használják végálláskapcsolóként, például 3D nyomtatókban és CNC-gépekben, valamint érzékelésre és pozicionálásra ipari automatizálási rendszerekben.
A Hall-hatás érzékelők további kortárs alkalmazásai a kerék/rotor sebességének vagy fordulatszámának mérése, valamint a forgattyú- vagy vezérműtengely pozíciójának meghatározása a motorrendszerekben. Ezek az érzékelők egy Hall-elemből és egy állandó mágnesből állnak, amelyeket a forgó tengelyre rögzített fogazott korong közelében helyeznek el.
Az érzékelő és a korong fogai közötti rés nagyon kicsi, így minden egyes alkalommal, amikor egy fog az érzékelő közelében halad el, megváltozik a környező mágneses mező, ami az érzékelő kimenetének magas vagy alacsony értékét eredményezi. Így az érzékelő kimenete egy négyszögjel, amely könnyen felhasználható a forgó tengely fordulatszámának kiszámításához.