Zastosowania czujnika Halla

W 1879 r., pracując nad rozprawą doktorską na Uniwersytecie Johnsa Hopkinsa, amerykański fizyk Edwin Herbert Hall przeprowadził eksperyment ze złotą płytką. Przepuścił prąd przez płytkę, umieszczając samą płytkę na szkle, a ponadto płytkę poddano działaniu pola magnetycznego skierowanego prostopadle do jej płaszczyzny, a zatem prostopadle do prądu.

Należy uczciwie zauważyć, że w tym czasie Hall był zaangażowany w rozwiązanie kwestii, czy rezystancja cewki, przez którą przepływa prąd, zależy od obecności obok niej trwały magnes, aw ramach tej pracy naukowcy przeprowadzili tysiące eksperymentów. W wyniku eksperymentu ze złotą płytą stwierdzono pewną różnicę potencjałów na bocznych krawędziach płytki.

To napięcie nazywa się napięciem Halla... Proces można z grubsza opisać następująco: siła Lorentza powoduje gromadzenie się ładunku ujemnego w pobliżu jednej krawędzi płytki, a dodatniej w pobliżu krawędzi przeciwległej.Stosunek wynikowego napięcia Halla do wartości prądu wzdłużnego jest cechą charakterystyczną materiału, z którego wykonany jest dany element Halla, a wartość ta nazywana jest „rezystancją Halla”.

Efekt Halla służy jako dość dokładna metoda określania rodzaju nośników ładunku (dziura lub elektron) w półprzewodniku lub metalu.

W oparciu o efekt Halla produkują teraz czujniki Halla, urządzenia do pomiaru siły pola magnetycznego i określania natężenia prądu w przewodzie. W przeciwieństwie do przekładników prądowych czujniki Halla umożliwiają również pomiar prądu stałego. Zatem obszary zastosowań czujnika Halla są na ogół dość rozległe.

Ponieważ napięcie Halla jest małe, logiczne jest, że zaciski napięcia Halla są połączone wzmacniacz operacyjny… Aby połączyć się z węzłami cyfrowymi, obwód jest uzupełniony o wyzwalacz Schmitta i uzyskuje się urządzenie progowe, które jest wyzwalane przy określonym poziomie natężenia pola magnetycznego. Takie obwody nazywane są przełącznikami Halla.

Często czujnik Halla jest używany w połączeniu z magnesem trwałym i jest wyzwalany, gdy magnes stały zbliża się do czujnika na określoną z góry odległość.

Czujniki Halla są dość powszechne w bezszczotkowych lub zaworowych silnikach elektrycznych (serwomotorach), gdzie czujniki są instalowane bezpośrednio na stojanie silnika i działają jak czujnik położenia wirnika (RPR), który zapewnia sprzężenie zwrotne o położeniu wirnika, podobnie jak kolektor w kolektorze Silnik prądu stałego.

Zamocowując magnes trwały na wale uzyskujemy prosty obrotomierz, a czasem efekt ekranowania samej części ferromagnetycznej na strumień magnetyczny trwały magnes… Strumień magnetyczny, z którego zwykle wyzwalane są czujniki Halla, wynosi 100-200 Gaussów.

Wytwarzane przez nowoczesny przemysł elektroniczny trójprzewodowe czujniki Halla mają w swojej obudowie tranzystor n-p-n z otwartym kolektorem. Często prąd przepływający przez tranzystor takiego czujnika nie powinien przekraczać 20 mA, dlatego w celu podłączenia mocnego obciążenia konieczne jest zainstalowanie wzmacniacza prądu.

Pole magnetyczne przewodnika przewodzącego prąd zwykle nie jest wystarczająco silne, aby wyzwolić czujnik Halla, ponieważ czułość takich czujników wynosi 1-5 mV / G, a zatem do pomiaru słabych prądów nawijany jest przewodnik przewodzący prąd rdzeń toroidalny ze szczeliną i czujnikiem Halla jest już zainstalowany w szczelinie ... Więc przy szczelinie 1,5 mm indukcja magnetyczna wyniesie teraz 6 Gs / A.

Do pomiaru prądów powyżej 25 A przewodnik prądowy przechodzi bezpośrednio przez rdzeń toroidalny. Materiał rdzenia może być alcyferem lub ferrytem, ​​jeśli jest mierzony prąd wysokiej częstotliwości.

Niektóre silniki jonowo-odrzutowe działają na zasadzie efektu Halla i działają bardzo wydajnie.

Efekt Halla jest podstawą elektronicznych kompasów w nowoczesnych smartfonach.