Wat is Hall Effect en Hoe Hall Effect Sensoren Werken
In deze tutorial gaan we leren wat Hall Effect is en hoe Hall Effect Sensoren werken. U kunt de volgende video bekijken of de geschreven tutorial hieronder lezen.
Hall-effect is de meest gebruikelijke methode om magnetisch veld te meten en de Hall-effectsensoren zijn erg populair en hebben veel hedendaagse toepassingen. Zo zijn ze in voertuigen te vinden als wielsnelheidssensoren en als krukas- of nokkenaspositiesensoren. Ze worden ook vaak gebruikt als schakelaars, MEMS-kompassen, nabijheidssensoren, enzovoort. We zullen nu enkele van deze sensoren bekijken en zien hoe ze werken, maar laten we eerst uitleggen wat het Hall-effect is.
Wat is Hall-effect?
Hier volgt het experiment dat het Hall-effect verklaart: Als we een dunne geleidende plaat hebben, zoals afgebeeld, en we laten er stroom doorheen lopen, dan zouden de ladingsdragers in een rechte lijn van de ene naar de andere kant van de plaat stromen.
Nu, als we een magnetisch veld in de buurt van de plaat brengen, zouden we de rechte stroom van de laaddragers verstoren door een kracht, de zogenaamde Lorentzkracht (Wikipedia). In zo’n geval zouden de elektronen naar één kant van de plaat afbuigen en de positieve gaten naar de andere kant van de plaat. Dit betekent dat als we nu een meter tussen de twee andere zijden plaatsen, we een spanning krijgen die kan worden gemeten.
Dus het effect waarbij we een meetbare spanning krijgen, zoals we hierboven hebben uitgelegd, wordt het Hall-effect genoemd, naar Edwin Hall die het in 1879 ontdekte.
Hall-effectsensoren
Het elementaire Hall-element van de Hall-effect magnetische sensoren levert meestal een zeer kleine spanning van slechts een paar microvolt per Gauss, en daarom worden deze apparaten meestal vervaardigd met ingebouwde versterkers met hoge versterking.
Er zijn twee soorten Hall-Effect-sensoren, de ene met een analoge en de andere met een digitale uitgang. De analoge sensor bestaat uit een spanningsregelaar, een Hall-element en een versterker. Uit het schakelschema kunnen we afleiden dat de uitgang van de sensor analoog is en evenredig met de uitgang van het Hall-element of de magnetische veldsterkte. Dit soort sensoren is geschikt en wordt gebruikt voor het meten van nabijheid vanwege hun continue lineaire uitgang.
Aan de andere kant bieden de digitale uitgangssensoren slechts twee uitgangstoestanden, namelijk “AAN” of “UIT”. Dit soort sensoren heeft een extra element, zoals geïllustreerd in het schakelschema. Dat is de Schmitt Trigger die zorgt voor hysterese of twee verschillende drempelniveaus zodat de uitgang ofwel hoog of laag is. Voor meer details over hoe de Schmitt Trigger werkt, kun je mijn specifieke tutorial daarvoor bekijken.
Een voorbeeld van dit type sensor is de Hall Effect schakelaar. Ze worden vaak gebruikt als eindschakelaars, bijvoorbeeld in 3D-printers en CNC-machines, maar ook voor detectie en positionering in industriële automatiseringssystemen.
Andere hedendaagse toepassingen van de Hall Effect sensoren zijn het meten van wiel/rotorsnelheid of RPM en het bepalen van de positie van krukas of nokkenas in motorsystemen. Deze sensoren bestaan uit een Hall-element en een permanente magneet die in de buurt van een getande schijf op de draaiende as worden geplaatst.
De spleet tussen de sensor en de tanden van de schijf is erg klein, dus elke keer dat een tand de sensor passeert, verandert het omringende magnetische veld waardoor de uitgang van de sensor hoog of laag wordt. De uitgang van de sensor is dus een blokvormig signaal dat gemakkelijk kan worden gebruikt voor het berekenen van het toerental van de draaiende as.