Hall-effekt sensor - Hall effect sensor

Et hjul, der indeholder to magneter, der passerer en Hall-effektføler
Magnetstemplet (1) i denne pneumatiske cylinder får Hall-effektsensorerne (2 og 3), der er monteret på den ydre væg, til at aktivere, når den er trukket helt ind eller ud.
Motorblæser med Hall-effektføler
Almindeligt anvendt kredsløbssymbol

En Hall-effektsensor (eller simpelthen Hall-sensor ) er en type sensor, der registrerer tilstedeværelsen og størrelsen af ​​et magnetfelt ved hjælp af Hall-effekten . Udgangen spænding af en Hall-sensor er direkte proportional med styrken af feltet. Det er opkaldt efter den amerikanske fysiker Edwin Hall .

Hall-sensorer bruges til nærhedsregistrering , positionering , hastighedsregistrering og strømregistreringsapplikationer . Ofte kombineres en Hall-sensor med tærskelregistrering for at fungere som en binær switch . Almindeligt set i industrielle applikationer som den afbildede pneumatiske cylinder bruges de også i forbrugerudstyr; for eksempel bruger nogle computerprintere dem til at opdage manglende papir og åbne omslag.

Hall-sensorer bruges almindeligvis til at tidsindstille hastigheden på hjul og aksler, f.eks. Til forbrændingsmotorens tændingstid , omdrejningstællere og blokeringsfri bremsesystemer . De bruges i børsteløse jævnstrømsmotorer til at detektere permanentmagnetens position. I det afbildede hjul med to lige store magneter, når spændingen fra sensoren to gange for hver omdrejning. Dette arrangement bruges ofte til at regulere hastigheden på diskdrev .

Arbejdsprincip

I en Hall-sensor påføres en strøm på tynd metalstrimmel. I nærvær af et magnetfelt vinkelret på strømretningen afbøjes ladebærerne af Lorentz-kraften , hvilket skaber en forskel i elektrisk potentiale ( spænding ) mellem stripens to sider. Denne spændingsforskel (Hall-spændingen) er proportional med magnetfeltets styrke.

Hall-effekt sensorer reagerer på statiske (ikke-skiftende) magnetfelter. Dette er en nøgleforskel fra induktive sensorer , som kun reagerer på ændringer i felter.

Hall-sonde

En Hall-sonde er en enhed, der bruger en kalibreret Hall-effektsensor til direkte at måle styrken af ​​et magnetfelt. Da magnetfelter har en retning såvel som en størrelse, er resultaterne fra en Hall-probe afhængig af orienteringen såvel som positionen af ​​sonden.

Materialer

Den nøglefaktor, der bestemmer følsomheden af ​​Hall-effektfølere, er høj elektronmobilitet . Som et resultat er følgende materialer særligt velegnede til Hall-effektfølere:

Signalbehandling og interface

Hall-sensorer er lineære transducere . Sådanne sensorer kræver et lineært kredsløb til behandling af sensorudgangssignalet. Dette kredsløb giver sensoren drevspænding og bruges til at forstærke udgangssignalet. I nogle tilfælde kan det lineære kredsløb muligvis annullere Hall-sensors forskydningsspænding. Desuden kan vekselstrømsmodulation af drivstrømmen også reducere indflydelsen af ​​denne offset-spænding. Hall-sensorer med lineære transducere er almindeligt integreret med digital elektronik. Dette muliggør avancerede korrektioner af sensoregenskaber (f.eks. Temperaturkoefficientkorrektioner) og digital grænseflade til mikroprocessorsystemer. I nogle IC Hall-sensorer anvendes en integreret DSP , som kan tillade flere behandlingsteknikker direkte i sensorpakken. Hall-sensorgrænsefladerne kan omfatte indgangsdiagnostik, fejlbeskyttelse under kortvarige forhold og kort / åben kredsløbsdetektion. Det kan også give og overvåge strømmen til selve Hall-sensoren. Der findes præcise IC- produkter til at håndtere disse funktioner.

Fordele og ulemper

Hall-sensorer er i stand til at måle en bred vifte af magnetfelter og er følsomme over for både størrelsen og orienteringen af ​​feltet. Når de bruges som elektroniske afbrydere, er de mindre tilbøjelige til mekanisk svigt, da der ikke er slitage på fysiske dele. De kan også betjenes ved højere frekvenser end mekaniske afbrydere.

Hall-effektkontakter kan ikke bruges i områder med høje eksterne magnetiske felter. Hall-sensorer kan være tilbøjelige til termisk afdrift på grund af ændringer i miljøforhold og tidsdrift i løbet af sensorens levetid.

Ansøgninger

Positionsregistrering

En af de mest almindelige industrielle anvendelser af Hall-sensorer, der bruges som binære afbrydere, er positionssensing. Hall-sensorer bruges også i børsteløse jævnstrømsmotorer til at registrere rotorens position og til at skifte transistorer i den rigtige rækkefølge. Et andet eksempel på en Hall-effektpositionssensor er sensoren, der bruges til at registrere, om en smartphones dæksel er lukket. Se Galaxy S4-tilbehør .

Jævnstrøm (DC) transformere

Hall-sensorer kan bruges til kontaktløse målinger af jævnstrøm i strømtransformatorer . I et sådant tilfælde er Hall-sensoren monteret i spalten i magnetisk kerne omkring den aktuelle leder. Som et resultat kan DC magnetisk flux måles, og DC-strømmen i lederen kan beregnes.

Indikator for brændstofniveau til biler

Hall-sensorer bruges i nogle bilindikatorer på brændstofniveau. Sensoren bruges til at detektere placeringen af ​​et flydende element inden i brændstoftanken.

Tastaturafbryder

Hall-effektkontakter til computertastaturer blev udviklet i slutningen af ​​1960'erne af Everett A. Vorthmann og Joseph T. Maupin hos Honeywell . På grund af høje produktionsomkostninger var disse tastaturer ofte forbeholdt applikationer med høj pålidelighed såsom luftfart og militær. Da masseproduktionsomkostningerne er faldet, er et stigende antal forbrugermodeller blevet tilgængelige.

Se også

Referencer

Yderligere læsning

eksterne links