Što je Hallov senzor: princip rada, uređaj i metode ispitivanja performansi

Senzori - pretvarači jedne fizičke veličine u drugu (obično u električnu) naširoko se koriste u kućanstvu i industrijskoj opremi. Bez njih je vrlo teško, ako ne i nemoguće izmjeriti, digitalizirati i obraditi takve tehnološke parametre kao što su tlak i protok (plin ili tekućina), temperatura, razina, jačina magnetskog ili električnog polja itd. Jedan od najčešće korištenih senzora je Hallov senzor - koriste se kako u svakodnevnom životu (počevši od pametnih telefona ili prijenosnih računala), tako i u najsloženijoj industrijskoj tehnologiji.

Hall efekt - princip rada

Ovaj je efekt 1879. otkrio američki fizičar Edwin Hall i nazvao ga po njemu.Suština fenomena je da ako uzmete metalnu ploču i kroz nju provučete električnu struju (u smjeru AB na slici), a zatim na ploču djelujete magnetskim poljem, na primjer, stvorenim stalnim magnetom, tada će u smjeru okomitom na prolazak struje (CD na slici ), postojati razlika potencijala.

Ovaj učinak nastaje zbog Lorentzove sile koja djeluje na pokretne naboje i pomiče ih u smjeru okomitom na smjer gibanja. Kao rezultat, na rubovima ploče nastaje razlika potencijala, koja se može izmjeriti ili koristiti za aktiviranje aktuatora (pre-pojačavanje). Ova razlika ovisi o:

• od jačine struje koja teče;
• od jakosti magnetskog polja;
• o koncentraciji slobodnih nositelja naboja u vodiču.

Fenomen je dobio ime po svom otkriću – Hallovom efektu.

Vrste i raspored Hallovih senzora

Učinak, otkriven još u pretprošlom stoljeću, našao je praktičnu primjenu. Na temelju njega izrađuju se senzori magnetskog polja. Njihova prednost je što nemaju pokretne i trljajuće elemente (za razliku od reed prekidača), pa je njihova pouzdanost puno veća. Prema principu osjetljivosti industrijski senzori Dvorane se dijele na:

• unipolarni (reagiraju samo na jedan magnetski pol - sjeverni ili južni);
• bipolarni (uključuje se kada je izložen magnetskom polju jednog polariteta, isključuje se kada je izložen magnetskom polju suprotnog polariteta);
• omnipolarni - reagiraju na sve polove magneta.

Razlika potencijala stvorena djelovanjem magnetskog polja na pokretne naboje je jedinica, u najboljem slučaju deseci mikrovolti. Za praktičnu primjenu to nije dovoljno, razlika potencijala se mora povećati. Ova pojačala se ugrađuju izravno u tijelo senzora, a prema vrsti pojačala uređaji se dijele u dvije klase.

1. Analog. U njima je napon na izlazu senzora proporcionalan magnetskom polju (ovisi o snazi ​​magneta i udaljenosti od njega). Izrađeni su na bazi operacijskog pojačala i koriste se za mjerenje magnetskih polja.
2. Digitalni. Nakon postavljanja pojačala komparator ili Schmittov okidač. Izlazni napon, kada magnetska indukcija dosegne određeni prag, skače s nule na visoku razinu (obično na razinu napona napajanja). Takvi senzori se koriste za izradu magnetskih releja ili generatora impulsa. Pojačani signal s ploče se primjenjuje na uređaj za prag. Kada se dosegne postavljena razina, senzor se aktivira. Razina okidača može se podesiti promjenom udaljenosti od senzora do izvora magnetskog polja.

Primjena Hallovih senzora

Najčešća primjena Hall senzora u svakodnevnom životu su beskontaktni sustavi paljenja automobila. Njihova prednost je nepostojanje mehaničkih kontaktnih skupina. To znači da nema habanja, nema spaljivanja kontakata, nema opasnosti od mehaničkog kvara.

Sustav distribucije uključuje ploču s izbočinama koje pokreće radilica motora, permanentni magnet i sam Hall senzor. Kada se ploča okreće, izbočine u strogo određenom trenutku, određenom položajem radilice, padaju u razmak između senzora i magneta, mijenjajući parametre magnetskog polja.Senzor generira impulse sinkronizirane s rotacijom radilice, koji reguliraju dovod napona na visokonaponski svitak u potrebnim vremenskim točkama. Također, senzori magnetskog polja u automobilu služe za prepoznavanje položaja radilice.

Druga upotreba magnetski osjetljivih senzora je određivanje položaja rotora elektromotora. Element releja je montiran na stator motora i aktivira se kada stup prođe. Na ovom principu možete napraviti mjerač okretaja ili mjerač brzine.

Uređaji izgrađeni na Hall efektu koriste se u prijenosnim računalima ili mobilnim uređajima – kao pokazatelj zatvorenog položaja poklopca. Kada se senzor aktivira, računalo ide u stanje mirovanja ili se gasi. A u pametnim telefonima jedna od funkcija senzora koji reagira na Zemljino magnetsko polje je organizacija elektroničkog kompasa.

Analogni Hall senzori se koriste u mjernim instrumentima - gdje je potrebno procijeniti razinu magnetskog polja. Neophodni su za beskontaktno mjerenje jakosti struje u vodiču. Kao što znate, kada struja prolazi kroz vodič, oko njega nastaje magnetsko polje. Njegov intenzitet ovisi o jačini struje. Ako je struja izmjenična, tada se polje može mjeriti na druge načine (na primjer, strujnim transformatorom), ali kod istosmjerne struje Hallov senzor je neophodan. Na ovom principu rade stezaljke istosmjerne struje.

Najegzotičnija primjena Hallovog efekta je konstrukcija ionskih raketnih motora na njegovom principu.

Kako provjeriti performanse Hallovog senzora

Da biste provjerili senzor, možete sastaviti jednostavan krug, za koji će vam, osim samog senzora, trebati:

• napajanje za željeni napon;
• otpornik s otporom od oko 1 kOhm;
• Dioda koja emitira svjetlo;
• magnet.

Ako nema LED-a, onda umjesto njega (i otpornika koji ograničava struju) možete koristite multimetar (digitalni ili pokazivač) u načinu mjerenja napona.

Nema posebnih zahtjeva za napajanje - struje u krugu su vrlo male. Njegov napon mora biti unutar napona napajanja ispitivanog senzora. LED dioda je spojena s anodom na plus izvora napona, katodom s izlazom uređaja koji se testira, budući da je senzor obično izrađen s otvorenim kolektorom (ali bolje je to provjeriti u podatkovnoj tablici).

Postupak ispitivanja ovisi o vrsti uređaja koji se testira.

1. Da biste testirali unipolarni digitalni senzor, morate na njega dovesti magnet s jednim polom. LED bi trebao zasvijetliti (strelica pokazivača voltmetra odstupa ili se očitanja digitalnog testera naglo mijenjaju). Kada se magnet ukloni na znatnu udaljenost, krug bi se trebao vratiti u prvobitni položaj. Ako senzor ne radi, potrebno je okrenuti magnet drugim polom i ponoviti postupak. Ako LED treperi, senzor radi. Ako ni u jednom položaju magneta nije postignut uspjeh, uređaj je neupotrebljiv.
2. Bipolarni digitalni senzor testiran je sličnom tehnikom, samo LED svijetli na jednom položaju magneta i ne gasi se kada se izvor magnetskog polja ukloni. Krug ne bi trebao reagirati na daljnje manipulacije s istim polom. Ako okrenete magnet i dovedete ga do senzora u suprotnom polaritetu, LED bi se trebao ugasiti. To ukazuje na zdravlje uređaja koji se testira.Ako krug ne radi, senzor nije u redu.
3. Omnipolarni digitalni Hall senzor testira se na isti način kao i unipolarni, ali magnetski osjetljivi uređaj treba raditi u bilo kojem položaju magneta.

Analogni senzori se provjeravaju na isti način kao i digitalni, ali se izlazni napon ne bi trebao mijenjati naglo, već glatko kako se magnetska sila povećava (na primjer, približavanje trajnog magneta ili povećanje struje u namotu elektromagneta).

S praktične točke gledišta, zanimljivo je pitanje kako provjeriti Hallov senzor ugrađen u beskontaktni sustav paljenja automobila. Da biste to učinili, uklonite konektor sa senzora i montirajte naznačeni krug izravno na igle.

Ovdje također možete zamijeniti LED multimetrom. Ručno okrećući radilicu automobila, možete promatrati periodične bljeskalice LED-a ili promjene izlaznog napona od nule do približno napona električnog sustava automobila. Alternativni način provjere u garaži je privremena zamjena uređaja s poznatim ispravnim rezervnim senzorom.

Hallov senzor našao je široku primjenu u kućanstvu i industrijskoj opremi. Nije teško provjeriti ispravnost ako postoji razumijevanje principa njegovog rada.

Slični članci: