Sensorer - omformere av en fysisk mengde til en annen (vanligvis til elektrisk) er mye brukt i husholdnings- og industriutstyr. Uten dem er det svært vanskelig, om ikke umulig, å måle, digitalisere og behandle slike teknologiske parametere som trykk og strømning (gass eller væske), temperatur, nivå, magnetisk eller elektrisk feltstyrke, etc. En av de mest brukte sensorene er Hall-sensoren - de brukes både i hverdagen (starter med smarttelefoner eller bærbare datamaskiner), og i den mest komplekse industrielle teknologien.
Innhold
Halleffekt - operasjonsprinsipp
Denne effekten ble oppdaget i 1879 av den amerikanske fysikeren Edwin Hall og oppkalt etter ham.Essensen av fenomenet er at hvis du tar en metallplate og sender en elektrisk strøm gjennom den (i retning AB i figuren), og deretter virker på platen med et magnetfelt, for eksempel skapt av en permanent magnet, da i retningen vinkelrett på strømmens passasje (CD i figuren ), vil det være en potensialforskjell.
Denne effekten oppstår på grunn av at Lorentz-kraften virker på bevegelige ladninger og forskyver dem i en retning vinkelrett på bevegelsesretningen. Som et resultat oppstår det en potensiell forskjell ved kantene av platen, som kan måles eller brukes til å utløse aktuatorer (forforsterkning). Denne forskjellen avhenger av:
- fra styrken til den flytende strømmen;
- fra styrken til magnetfeltet;
- på konsentrasjonen av frie ladningsbærere i lederen.
Fenomenet er oppkalt etter oppdageren - Hall-effekten.
Typer og arrangement av Hall-sensorer
Effekten, oppdaget i forrige århundre, fant praktisk anvendelse. Basert på det bygges magnetfeltsensorer. Deres fordel er at de ikke har bevegelige og gnide elementer (i motsetning til sivbrytere), så påliteligheten deres er mye høyere. I henhold til prinsippet om følsomhet industrielle sensorer Hallene er delt inn i:
- unipolar (reagerer bare på en magnetisk pol - nord eller sør);
- bipolar (slå på når det utsettes for et magnetfelt med en polaritet, slå av når det utsettes for et magnetfelt med motsatt polaritet);
- omnipolar - reagerer på alle poler av magneter.
Potensialforskjellen som skapes av virkningen av et magnetfelt på bevegelige ladninger er enheter, i beste fall titalls mikrovolt. For praktisk anvendelse er dette ikke nok, potensialforskjellen må økes. Disse forsterkerne er bygget direkte inn i kroppen til sensorene, og i henhold til type forsterker er enhetene delt inn i to klasser.
- Analog. I dem er spenningen ved utgangen av sensoren proporsjonal med magnetfeltet (det avhenger av styrken til magneten og avstanden fra den). Bygget på basis av en operasjonsforsterker og brukes til å måle magnetiske felt.
- Digital. Etter at forsterkeren er installert komparator eller Schmitt-utløser. Utgangsspenningen, når den magnetiske induksjonen når en viss terskel, hopper fra null til et høyt nivå (vanligvis til forsyningsspenningsnivået). Slike sensorer brukes til å bygge magnetiske reléer eller pulsgeneratorer. Det forsterkede signalet fra platen tilføres terskelenheten. Når det innstilte nivået er nådd, utløses sensoren. Triggernivået kan justeres ved å endre avstanden fra sensoren til kilden til magnetfeltet.
Anvendelse av Hall-sensorer
Den vanligste bruken av Hall-sensoren i hverdagen er berøringsfrie tenningssystemer. Fordelen deres er fraværet av mekaniske kontaktgrupper. Dette betyr ingen slitasje, ingen brenning av kontakter, ingen fare for mekanisk feil.
Fordelingssystemet inkluderer en plate med avsatser drevet av motorens veivaksel, en permanent magnet og selve Hall-sensoren. Når platen roterer, faller fremspringene i et strengt definert øyeblikk, bestemt av posisjonen til veivakselen, inn i gapet mellom sensoren og magneten, og endrer parametrene til magnetfeltet.Sensoren genererer pulser synkronisert med rotasjonen av veivakselen, som regulerer spenningsforsyningen til høyspentspolen på de nødvendige tidspunktene. Også magnetfeltsensorer i bilen brukes til å gjenkjenne veivakselens posisjon.
En annen bruk av magnetisk følsomme sensorer er å bestemme posisjonen til rotorene til elektriske motorer. Reléelementet er montert på motorstatoren og aktiveres når stolpen passerer. På dette prinsippet kan du bygge en turteller eller en hastighetsmåler.
Enheter bygget på Hall-effekten brukes i bærbare datamaskiner eller mobile enheter - som en indikator på den lukkede posisjonen til lokket. Når sensoren utløses, går datamaskinen i dvale eller slår seg av. Og i smarttelefoner er en av funksjonene til sensoren som reagerer på jordens magnetfelt organiseringen av det elektroniske kompasset.
Analoge Hall-sensorer brukes i måleinstrumenter - hvor det er nødvendig å vurdere nivået på magnetfeltet. De er uunnværlige for berøringsfri måling av strømstyrke i en leder. Som du vet, når strømmen går gjennom en leder, oppstår et magnetfelt rundt den. Intensiteten avhenger av strømmens styrke. Hvis strømmen er vekslende, kan feltet måles på andre måter (for eksempel med en strømtransformator), men med likestrøm er en Hall-sensor uunnværlig. DC strømklemmer fungerer etter dette prinsippet.
Den mest eksotiske anvendelsen av Hall-effekten er konstruksjonen av ionerakettmotorer etter dets prinsipp.
Hvordan sjekke Hall-sensoren for ytelse
For å sjekke sensoren kan du sette sammen en enkel krets, som du i tillegg til selve sensoren trenger:
- strømforsyning for ønsket spenning;
- motstand med en motstand på omtrent 1 kOhm;
- Lysemitterende diode;
- magnet.
Hvis det ikke er noen LED, kan du i stedet for den (og den strømbegrensende motstanden) gjøre det bruk et multimeter (digital eller peker) i spenningsmålemodus.
Det er ingen spesielle krav til strømforsyningen - strømmene i kretsen er veldig små. Spenningen må være innenfor forsyningsspenningen til sensoren som testes. LED er koblet med anoden til pluss av spenningskilden, katoden til utgangen til enheten som testes, siden sensoren vanligvis er laget med en åpen samler (men det er bedre å sjekke det på dataarket).
Testprosedyren avhenger av typen enhet som testes.
- For å teste en unipolar digital sensor, må du ta med en magnet til den med en pol. LED-en skal lyse (pilen på pekervoltmeteret avviker eller avlesningene til den digitale testeren endres brått). Når magneten fjernes et betydelig stykke, bør kretsen gå tilbake til sin opprinnelige posisjon. Hvis sensoren ikke virker, er det nødvendig å snu magneten med den andre polen og gjenta prosedyren. Hvis LED-en blinker, fungerer sensoren. Hvis suksess ikke ble oppnådd i noen posisjon av magneten, er enheten ubrukelig.
- En bipolar digital sensor er testet med en lignende teknikk, bare LED-en lyser i en posisjon av magneten, og slukker ikke når magnetfeltkilden fjernes. Kretsen skal ikke reagere på ytterligere manipulasjoner med samme pol. Hvis du snur magneten og fører den til sensoren i motsatt polaritet, skal LED-en slå seg av. Dette indikerer helsen til enheten som testes.Hvis kretsen ikke fungerer, er sensoren ute av drift.
- En omnipolar digital Hall-sensor testes på samme måte som en unipolar, men den magnetisk sensitive enheten skal fungere i hvilken som helst posisjon av magneten.
Analoge sensorer kontrolleres på samme måte som digitale, men utgangsspenningen bør ikke endres brått, men jevnt etter hvert som den magnetiske kraften øker (for eksempel når en permanent magnet nærmer seg eller en økning i strømmen i elektromagnetviklingen).
Fra et praktisk synspunkt er spørsmålet om hvordan du sjekker Hall-sensoren installert i det kontaktløse tenningssystemet til en bil interessant. For å gjøre dette, fjern kontakten fra sensoren og monter den angitte kretsen direkte på pinnene.
Her kan du også bytte ut LED med et multimeter. Ved å dreie veivakselen til bilen manuelt, kan du observere periodiske blink av LED eller endringer i utgangsspenningen fra null til omtrentlig spenningen til bilens elektriske system. En alternativ måte å sjekke inn i en garasje på er å midlertidig erstatte enheten med en reservesensor som er kjent som god.
Hall-sensoren har funnet bred anvendelse i husholdnings- og industriutstyr. Det er ikke vanskelig å sjekke det for brukbarhet hvis det er en forståelse av prinsippet for driften.
Lignende artikler:
