Hall-effekt sensor - Hall effect sensor

Et hjul som inneholder to magneter som passerer en Hall-effektsensor
Magnetstemplet (1) i denne pneumatiske sylinderen vil føre til at Hall-effektsensorene (2 og 3) montert på ytterveggen aktiveres når den er helt tilbaketrukket eller forlenget.
Motorvifte med Hall-effektsensor
Vanlig brukt kretssymbol

En Hall-effektsensor (eller bare Hall-sensor ) er en type sensor som oppdager tilstedeværelsen og størrelsen på et magnetfelt ved hjelp av Hall-effekten . Utgangsspenningen av en Hall-sensor er direkte proporsjonal med feltstyrken. Den er oppkalt etter den amerikanske fysikeren Edwin Hall .

Hall-sensorer brukes til nærhetssensing , posisjonering , hastighetsregistrering og nåværende sensingapplikasjoner . Ofte er en Hall-sensor kombinert med terskelregistrering for å fungere som en binær bryter . Vanligvis sett i industrielle applikasjoner som den avbildede pneumatiske sylinderen , brukes de også i forbrukerutstyr; for eksempel bruker noen datamaskinskrivere dem til å oppdage manglende papir og åpne omslag.

Hall-sensorer brukes ofte til å tidsregistrere hastigheten på hjul og sjakter, for eksempel for tenningstid for forbrenningsmotor , turteller og blokkeringsfrie bremsesystemer . De brukes i børsteløse DC-motorer for å oppdage posisjonen til permanentmagneten. I det avbildede hjulet med to like store magneter topper spenningen fra sensoren to ganger for hver omdreining. Denne ordningen brukes ofte til å regulere hastigheten på diskstasjoner .

Arbeidsprinsipp

I en Hall-sensor påføres en strøm på tynn stripe av metall. I nærvær av et magnetfelt vinkelrett på strømens retning, blir ladebærerne avbøyd av Lorentz-kraften , noe som gir en forskjell i elektrisk potensial ( spenning ) mellom stripens to sider. Denne spenningsforskjellen (Hall-spenningen) er proporsjonal med styrken til magnetfeltet.

Hall-effekt sensorer reagerer på statiske (ikke-endrende) magnetfelt. Dette er en nøkkelforskjell fra induktive sensorer , som bare reagerer på endringer i felt.

Hall-sonde

En Hall-sonde er en enhet som bruker en kalibrert Hall-effektsensor for direkte å måle styrken til et magnetfelt. Siden magnetfelt har en retning så vel som en størrelse, er resultatene fra en Hall-probe avhengig av orienteringen og posisjonen til sonden.

Materialer

Nøkkelfaktoren som bestemmer følsomheten til Hall-effektfølere er høy elektronmobilitet . Som et resultat er følgende materialer spesielt egnet for Hall-effekt sensorer:

Signalbehandling og grensesnitt

Hall-sensorer er lineære transdusere . Slike sensorer krever en lineær krets for behandling av sensorutgangssignalet. Denne kretsen gir drivspenningen til sensoren og brukes til å forsterke utgangssignalet. I noen tilfeller kan den lineære kretsen avbryte offset-spenningen til Hall-sensorer. Videre kan vekselstrømsmodulering av drivstrømmen også redusere påvirkningen av denne offset-spenningen. Hall-sensorer med lineære transdusere er ofte integrert med digital elektronikk. Dette muliggjør avanserte korreksjoner av sensoregenskapene (f.eks. Temperatur-koeffisientkorreksjoner) og digital grensesnitt til mikroprosessorsystemer. I noen IC Hall-sensorer brukes en integrert DSP , som kan tillate flere prosesseringsteknikker direkte i sensorpakken. Hall-sensorgrensesnittene kan inkludere inngangsdiagnostikk, feilbeskyttelse for forbigående forhold og kortslutning / åpen kretsdeteksjon. Det kan også gi og overvåke strømmen til selve Hall-sensoren. Det er presisjons IC- produkter tilgjengelig for å håndtere disse funksjonene.

Fordeler og ulemper

Hall-sensorer er i stand til å måle et bredt spekter av magnetfelt og er følsomme for både feltets størrelse og retning. Når de brukes som elektroniske brytere, er de mindre utsatt for mekanisk svikt, siden det ikke er slitasje på fysiske deler. De kan også betjenes ved høyere frekvenser enn mekaniske brytere.

Hall-effektbrytere kan ikke brukes i områder med høye eksterne magnetiske felt. Hall-sensorer kan være utsatt for termisk drift på grunn av endringer i miljøforhold, og til tidsdrift i løpet av sensorens levetid.

applikasjoner

Posisjonssensing

En av de vanligste industrielle anvendelsene av Hall-sensorer som brukes som binære brytere, er posisjonsmåling. Hall-sensorer brukes også i børsteløse DC-motorer for å registrere rotorens posisjon og for å bytte transistorer i riktig rekkefølge. Et annet eksempel på en Hall-effektposisjonssensor er sensoren som brukes til å oppdage om dekselet til en smarttelefon er lukket. Se Galaxy S4-tilbehør .

Likestrøm (DC) transformatorer

Hall-sensorer kan brukes til kontaktløse målinger av likestrøm i strømtransformatorer . I et slikt tilfelle er Hall-sensoren montert i gapet i magnetkjerne rundt strømlederen. Som et resultat kan DC- magnetisk strømning måles, og DC-strømmen i lederen kan beregnes.

Indikator for bilens drivstoffnivå

Hall-sensorer brukes i noen indikatorer på drivstoffnivå. Sensoren brukes til å oppdage posisjonen til et flytende element i drivstofftanken.

Tastaturbryter

Hall-effektbrytere for datatastatur ble utviklet på slutten av 1960-tallet av Everett A. Vorthmann og Joseph T. Maupin i Honeywell . På grunn av høye produksjonskostnader var disse tastaturene ofte reservert for applikasjoner med høy pålitelighet som luftfart og militær. Etter hvert som masseproduksjonskostnadene har falt, har stadig flere forbrukermodeller blitt tilgjengelige.

Se også

Referanser

Videre lesning

Eksterne linker