Mga sensor - ang mga nagko-convert ng isang pisikal na dami sa isa pa (karaniwan, sa elektrikal) ay malawakang ginagamit sa mga kagamitan sa sambahayan at pang-industriya. Kung wala ang mga ito, napakahirap, kung hindi imposible, na sukatin, i-digitize at iproseso ang mga teknolohikal na parameter tulad ng presyon at daloy (gas o likido), temperatura, antas, lakas ng magnetic o electric field, atbp. Ang isa sa mga pinaka-tinatanggap na ginagamit na sensor ay ang Hall sensor - ginagamit ang mga ito kapwa sa pang-araw-araw na buhay (nagsisimula sa mga smartphone o laptop), at sa pinaka kumplikadong teknolohiyang pang-industriya.
Nilalaman
Hall effect - prinsipyo ng operasyon
Ang epektong ito ay natuklasan noong 1879 ng American physicist na si Edwin Hall at ipinangalan sa kanya.Ang kakanyahan ng kababalaghan ay kung kukuha ka ng isang metal na plato at pumasa sa isang electric current sa pamamagitan nito (sa direksyon AB sa figure), at pagkatapos ay kumilos sa plate na may magnetic field, halimbawa, na nilikha ng isang permanenteng magnet, pagkatapos ay sa direksyon na patayo sa pagpasa ng kasalukuyang (CD sa figure ), magkakaroon ng potensyal na pagkakaiba.
Ang epektong ito ay nangyayari dahil sa puwersa ng Lorentz na kumikilos sa mga gumagalaw na singil at inilipat ang mga ito sa direksyong patayo sa direksyon ng paggalaw. Bilang isang resulta, ang isang potensyal na pagkakaiba ay lumitaw sa mga gilid ng plato, na maaaring masukat o magamit upang ma-trigger ang mga actuator (pre-amplifying). Ang pagkakaibang ito ay nakasalalay sa:
- mula sa lakas ng dumadaloy na kasalukuyang;
- mula sa lakas ng magnetic field;
- sa konsentrasyon ng mga carrier ng libreng bayad sa konduktor.
Ang kababalaghan ay pinangalanan pagkatapos ng natuklasan nito - ang Hall effect.
Mga uri at pag-aayos ng mga sensor ng Hall
Ang epekto, na natuklasan noong siglo bago ang huling, ay natagpuan ang praktikal na aplikasyon. Batay dito, ang mga sensor ng magnetic field ay binuo. Ang kanilang kalamangan ay wala silang mga gumagalaw at gumagalaw na elemento (hindi tulad ng mga switch ng tambo), kaya ang kanilang pagiging maaasahan ay mas mataas. Ayon sa prinsipyo ng sensitivity pang-industriya na mga sensor Ang mga bulwagan ay nahahati sa:
- unipolar (tumugon lamang sa isang magnetic pole - hilaga o timog);
- bipolar (i-on kapag nakalantad sa isang magnetic field ng isang polarity, patayin kapag nalantad sa isang magnetic field ng kabaligtaran na polarity);
- omnipolar - tumutugon sa anumang pole ng magnet.
Ang potensyal na pagkakaiba na nilikha ng pagkilos ng isang magnetic field sa mga gumagalaw na singil ay mga yunit, sa pinakamahusay na sampu ng microvolts. Para sa praktikal na aplikasyon, ito ay hindi sapat, ang potensyal na pagkakaiba ay dapat na tumaas. Ang mga amplifier na ito ay direktang itinayo sa katawan ng mga sensor, at ayon sa uri ng amplifier, ang mga device ay nahahati sa dalawang klase.
- Analog. Sa kanila, ang boltahe sa output ng sensor ay proporsyonal sa magnetic field (depende ito sa lakas ng magnet at ang distansya mula dito). Itinayo batay sa isang operational amplifier at ginagamit upang sukatin ang mga magnetic field.
- Digital. Pagkatapos mai-install ang amplifier kumpare o Schmitt trigger. Ang output boltahe, kapag ang magnetic induction ay umabot sa isang tiyak na threshold, tumalon mula sa zero hanggang sa isang mataas na antas (karaniwan ay sa antas ng supply ng boltahe). Ang ganitong mga sensor ay ginagamit upang bumuo ng mga magnetic relay o pulse generator. Ang amplified signal mula sa plate ay inilalapat sa threshold device. Kapag naabot na ang nakatakdang antas, ma-trigger ang sensor. Ang antas ng pag-trigger ay maaaring iakma sa pamamagitan ng pagbabago ng distansya mula sa sensor patungo sa pinagmulan ng magnetic field.
Application ng Hall sensors
Ang pinakakaraniwang aplikasyon ng Hall sensor sa pang-araw-araw na buhay ay ang mga non-contact car ignition system. Ang kanilang kalamangan ay ang kawalan ng mga mekanikal na grupo ng contact. Nangangahulugan ito na walang pagsusuot, walang pagkasunog ng mga contact, walang panganib ng mekanikal na pagkabigo.
Kasama sa sistema ng pamamahagi ang isang plato na may mga ledge na pinapatakbo ng crankshaft ng engine, isang permanenteng magnet at ang Hall sensor mismo. Kapag ang plate ay umiikot, ang mga protrusions sa isang mahigpit na tinukoy na sandali, na tinutukoy ng posisyon ng crankshaft, ay nahuhulog sa puwang sa pagitan ng sensor at ng magnet, na binabago ang mga parameter ng magnetic field.Ang sensor ay bumubuo ng mga pulso na naka-synchronize sa pag-ikot ng crankshaft, na kumokontrol sa supply ng boltahe sa high-voltage coil sa mga kinakailangang punto ng oras. Gayundin, ang mga magnetic field sensor sa kotse ay ginagamit upang makilala ang posisyon ng crankshaft.
Ang isa pang paggamit ng magnetically sensitive sensor ay upang matukoy ang posisyon ng mga rotor ng mga de-koryenteng motor. Ang elemento ng relay ay naka-mount sa stator ng motor at naisaaktibo kapag pumasa ang poste. Sa prinsipyong ito, maaari kang bumuo ng rev counter o speed meter.
Ang mga device na binuo sa Hall effect ay ginagamit sa mga laptop o mobile device - bilang isang tagapagpahiwatig ng saradong posisyon ng takip. Kapag na-trigger ang sensor, matutulog o magsasara ang computer. At sa mga smartphone, ang isa sa mga function ng sensor na tumutugon sa magnetic field ng Earth ay ang organisasyon ng electronic compass.
Ang mga sensor ng Analog Hall ay ginagamit sa mga instrumento sa pagsukat - kung saan kinakailangan upang masuri ang antas ng magnetic field. Ang mga ito ay kailangang-kailangan para sa di-contact na pagsukat ng kasalukuyang lakas sa isang konduktor. Tulad ng alam mo, kapag ang kasalukuyang dumadaan sa isang konduktor, isang magnetic field ang lumitaw sa paligid nito. Ang intensity nito ay depende sa lakas ng kasalukuyang. Kung ang kasalukuyang ay alternating, pagkatapos ay ang patlang ay maaaring masukat sa iba pang mga paraan (halimbawa, sa isang kasalukuyang transpormer), ngunit may direktang kasalukuyang, isang Hall sensor ay lubhang kailangan. Ang mga kasalukuyang clamp ng DC ay gumagana sa prinsipyong ito.
Ang pinaka kakaibang aplikasyon ng Hall effect ay ang pagtatayo ng mga ion rocket engine sa prinsipyo nito.
Paano suriin ang Hall sensor para sa pagganap
Upang suriin ang sensor, maaari kang mag-ipon ng isang simpleng circuit, kung saan, bilang karagdagan sa sensor mismo, kakailanganin mo:
- supply ng kuryente para sa nais na boltahe;
- risistor na may pagtutol na halos 1 kOhm;
- Light-emitting diode;
- magnet.
Kung walang LED, pagkatapos ay sa halip na ito (at ang kasalukuyang-limitadong risistor) maaari mo gumamit ng multimeter (digital o pointer) sa mode ng pagsukat ng boltahe.
Walang mga espesyal na kinakailangan para sa power supply - ang mga alon sa circuit ay napakaliit. Ang boltahe nito ay dapat na nasa loob ng supply boltahe ng sensor na sinusuri. Ang LED ay konektado sa anode sa plus ng pinagmulan ng boltahe, ang katod sa output ng aparato sa ilalim ng pagsubok, dahil ang sensor ay karaniwang ginawa gamit ang isang bukas na kolektor (ngunit mas mahusay na suriin ito sa datasheet).
Ang pamamaraan ng pagsubok ay nakasalalay sa uri ng aparato na sinusuri.
- Upang subukan ang isang unipolar digital sensor, kailangan mong magdala ng magnet dito gamit ang isang poste. Ang LED ay dapat umilaw (ang arrow ng pointer voltmeter ay lumilihis o ang mga pagbabasa ng digital tester ay biglang nagbabago). Kapag ang magnet ay tinanggal sa isang malaking distansya, ang circuit ay dapat bumalik sa orihinal na posisyon nito. Kung ang sensor ay hindi gumagana, kinakailangan na i-on ang magnet sa kabilang poste at ulitin ang pamamaraan. Kung ang LED ay kumikislap, pagkatapos ay gumagana ang sensor. Kung ang tagumpay ay hindi nakamit sa anumang posisyon ng magnet, ang aparato ay hindi magagamit.
- Ang isang bipolar digital sensor ay sinusubok gamit ang isang katulad na pamamaraan, tanging ang LED ay umiilaw sa isang posisyon ng magnet, at hindi napupunta kapag ang pinagmulan ng magnetic field ay tinanggal. Ang circuit ay hindi dapat tumugon sa karagdagang mga manipulasyon na may parehong poste. Kung ibabalik mo ang magnet at dalhin ito sa sensor sa kabaligtaran na polarity, dapat na patayin ang LED. Ipinapahiwatig nito ang kalusugan ng device na sinusuri.Kung ang circuit ay hindi gumagana, pagkatapos ay ang sensor ay wala sa order.
- Sinusuri ang isang omnipolar digital Hall sensor sa parehong paraan tulad ng isang unipolar, ngunit ang magnetically sensitive na device ay dapat gumana sa anumang posisyon ng magnet.
Ang mga analog na sensor ay sinusuri sa parehong paraan tulad ng mga digital, ngunit ang output boltahe ay hindi dapat magbago nang biglaan, ngunit maayos habang tumataas ang magnetic force (halimbawa, ang isang permanenteng magnet ay lumalapit o isang pagtaas sa kasalukuyang sa electromagnet winding).
Mula sa isang praktikal na punto ng view, ang tanong kung paano suriin ang Hall sensor na naka-install sa contactless ignition system ng isang kotse ay kawili-wili. Upang gawin ito, alisin ang connector mula sa sensor at tipunin ang ipinahiwatig na circuit nang direkta sa mga pin.
Dito maaari mo ring palitan ang LED ng isang multimeter. Manu-manong pag-ikot ng crankshaft ng kotse, maaari mong obserbahan ang mga pana-panahong pagkislap ng LED o mga pagbabago sa output boltahe mula sa zero hanggang sa humigit-kumulang na boltahe ng electrical system ng kotse. Ang isang alternatibong paraan upang mag-check in sa isang garahe ay ang pansamantalang palitan ang device ng isang kilalang-mahusay na ekstrang sensor.
Ang Hall sensor ay natagpuan ang malawak na aplikasyon sa sambahayan at pang-industriya na kagamitan. Hindi mahirap suriin ito para sa kakayahang magamit kung mayroong pag-unawa sa prinsipyo ng pagpapatakbo nito.
Mga katulad na artikulo:
