Ce este efectul Hall și cum funcționează senzorii cu efect Hall
În acest tutorial vom învăța ce este efectul Hall și cum funcționează senzorii cu efect Hall. Puteți viziona următorul videoclip sau puteți citi tutorialul scris de mai jos.
Efectul Hall este cea mai comună metodă de măsurare a câmpului magnetic, iar senzorii cu efect Hall sunt foarte populari și au multe aplicații contemporane. De exemplu, ei pot fi găsiți în vehicule ca senzori de viteză a roților, precum și ca senzori de poziție a arborelui cotit sau a arborelui cu came. De asemenea, sunt adesea utilizați ca întrerupătoare, busole MEMS, senzori de proximitate și așa mai departe. Acum vom trece în revistă câțiva dintre acești senzori și vom vedea cum funcționează, dar mai întâi să explicăm ce este Efectul Hall.
Ce este Efectul Hall?
Iată experimentul care explică Efectul Hall: Dacă avem o placă conductoare subțire, așa cum este ilustrat, și am setat curentul să treacă prin ea, purtătorii de sarcină ar curge în linie dreaptă de la o parte la cealaltă a plăcii.
Acum, dacă am aduce un câmp magnetic în apropierea plăcii, am perturba curgerea rectilinie a purtătorilor de sarcină datorită unei forțe, numită forța Lorentz (Wikipedia). În acest caz, electronii ar devia spre o parte a plăcii, iar găurile pozitive spre cealaltă parte a plăcii. Acest lucru înseamnă că dacă punem acum un metru între cele două părți vom obține o tensiune care poate fi măsurată.
Acum funcționează efectul Hall
Atunci efectul de obținere a unei tensiuni măsurabile, așa cum am explicat mai sus, se numește Efect Hall, după Edwin Hall care l-a descoperit în 1879.
Senzori cu efect Hall
Elementul Hall de bază al senzorilor magnetici cu efect Hall furnizează în cea mai mare parte o tensiune foarte mică, de numai câțiva microvolți pe Gauss, astfel încât, prin urmare, aceste dispozitive sunt de obicei fabricate cu amplificatoare încorporate de mare câștig.
Există două tipuri de senzori cu efect Hall, unul care oferă o ieșire analogică și celălalt digitală. Senzorul analogic este compus dintr-un regulator de tensiune, un element Hall și un amplificator. Din schema circuitului se poate observa că ieșirea senzorului este analogică și proporțională cu ieșirea Elementului Hall sau cu intensitatea câmpului magnetic. Acest tip de senzori sunt potriviți și utilizați pentru măsurarea proximității datorită ieșirii lor liniare continue.
Pe de altă parte, senzorii cu ieșire digitală oferă doar două stări de ieșire, fie „ON”, fie „OFF”. Acest tip de senzori au un element suplimentar, așa cum este ilustrat în schemele de circuit. Acesta este declanșatorul Schmitt Trigger, care asigură o histerezis sau două niveluri de prag diferite, astfel încât ieșirea este fie înaltă, fie joasă. Pentru mai multe detalii despre cum funcționează Schmitt Trigger, puteți consulta tutorialul meu special pentru asta.
Un exemplu de acest tip de senzor este comutatorul cu efect Hall. Aceștia sunt adesea folosiți ca întrerupătoare de limită, de exemplu la imprimantele 3D și la mașinile CNC, precum și pentru detectarea și poziționarea în sistemele de automatizare industrială.
Alte aplicații contemporane ale senzorilor cu efect Hall sunt măsurarea vitezei roților/rotorului sau a turației (RPM), precum și determinarea poziției arborelui cotit sau a arborelui cu came în sistemele de motor. Acești senzori sunt compuși dintr-un element Hall și un magnet permanent care sunt plasați în apropierea unui disc dințat atașat pe arborele rotativ.
Spațiul dintre senzor și dinții discului este foarte mic, astfel că de fiecare dată când un dinte trece pe lângă senzor, acesta modifică câmpul magnetic înconjurător, ceea ce va face ca ieșirea senzorului să fie fie ridicată sau scăzută. Astfel, ieșirea senzorului este un semnal de undă pătrată care poate fi utilizat cu ușurință pentru calcularea turației arborelui rotativ.
.