Hall sensörü nedir: çalışma prensibi, cihaz ve performans için test yöntemleri

Sensörler - bir fiziksel miktarın diğerine (genellikle elektriğe) dönüştürücüleri, ev ve endüstriyel ekipmanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Onlar olmadan, basınç ve akış (gaz veya sıvı) gibi teknolojik parametreleri ölçmek, dijitalleştirmek ve işlemek imkansız değilse de çok zordur, sıcaklık, seviye, manyetik veya elektrik alan şiddeti vb. En yaygın kullanılan sensörlerden biri Hall sensörüdür - hem günlük hayatta (akıllı telefonlar veya dizüstü bilgisayarlardan başlayarak) hem de en karmaşık endüstriyel teknolojide kullanılırlar.

Hall etkisi - çalışma prensibi

Bu etki 1879'da Amerikalı fizikçi Edwin Hall tarafından keşfedildi ve adını ondan aldı.Olayın özü şudur ki, bir metal plakayı alıp içinden bir elektrik akımı geçirirseniz (şekilde AB yönünde) ve ardından plaka üzerinde örneğin kalıcı bir mıknatıs tarafından oluşturulan bir manyetik alanla hareket ederseniz, daha sonra akımın geçişine dik yönde (şekilde CD), bir potansiyel farkı olacaktır.

Bu etki, hareket eden yüklere etki eden ve onları hareket yönüne dik bir yönde yer değiştiren Lorentz kuvveti nedeniyle oluşur. Sonuç olarak, plakanın kenarlarında, ölçülebilen veya aktüatörleri tetiklemek için kullanılabilen (ön amplifikasyon) bir potansiyel fark ortaya çıkar. Bu fark şunlara bağlıdır:

• akan akımın gücünden;
• manyetik alanın gücünden;
• iletkendeki serbest yük taşıyıcılarının konsantrasyonu.

Fenomen, keşfedicisi olan Hall etkisinden sonra adlandırılmıştır.

Hall sensörlerinin türleri ve düzeni

Geçen yüzyılda keşfedilen etki, pratik uygulama buldu. Buna dayanarak, manyetik alan sensörleri inşa edilmiştir. Avantajları, hareketli ve sürtünen elemanların olmamasıdır (kamışlı anahtarların aksine), bu nedenle güvenilirlikleri çok daha yüksektir. Duyarlılık ilkesine göre endüstriyel sensörler Salonlar ikiye ayrılır:

• tek kutuplu (sadece bir manyetik direğe tepki verir - kuzey veya güney);
• bipolar (bir kutuplu manyetik alana maruz kaldığında açılır, zıt kutuplu bir manyetik alana maruz kaldığında kapanır);
• omnipolar - herhangi bir mıknatıs kutbuna tepki verir.

Manyetik alanın hareket eden yükler üzerindeki etkisinin yarattığı potansiyel fark, birimler, en iyi ihtimalle onlarca mikrovolttur. Pratik uygulama için bu yeterli değildir, potansiyel farkı arttırılmalıdır. Bu amplifikatörler doğrudan sensörlerin gövdesine yerleştirilmiştir ve amplifikatör tipine göre cihazlar iki sınıfa ayrılır.

1. Analog. Onlarda, sensörün çıkışındaki voltaj manyetik alanla orantılıdır (mıknatısın gücüne ve ondan olan mesafeye bağlıdır). İşlemsel bir amplifikatör temelinde oluşturulmuştur ve manyetik alanları ölçmek için kullanılır.
2. Dijital. Amplifikatör kurulduktan sonra karşılaştırıcı veya Schmitt tetikleyici. Çıkış voltajı, manyetik indüksiyon belirli bir eşiğe ulaştığında, sıfırdan yüksek bir seviyeye (genellikle besleme voltajı seviyesine) atlar. Bu tür sensörler, manyetik röleler veya puls üreteçleri oluşturmak için kullanılır. Plakadan gelen güçlendirilmiş sinyal, eşik cihazına uygulanır. Ayarlanan seviyeye ulaşıldığında sensör tetiklenir. Tetik seviyesi, sensörden manyetik alan kaynağına olan mesafe değiştirilerek ayarlanabilir.

Hall sensörlerinin uygulanması

Hall sensörünün günlük hayatta en yaygın uygulaması, temassız araç ateşleme sistemleridir. Avantajları, mekanik temas gruplarının olmamasıdır. Bu, aşınma yok, kontaklarda yanma yok, mekanik arıza riski yok.

Dağıtım sistemi, motor krank mili tarafından tahrik edilen çıkıntılara sahip bir plaka, kalıcı bir mıknatıs ve Hall sensörünün kendisini içerir. Plaka döndüğünde, krank milinin konumu ile belirlenen kesin olarak tanımlanmış bir anda çıkıntılar, manyetik alanın parametrelerini değiştirerek sensör ve mıknatıs arasındaki boşluğa düşer.Sensör, gerekli zaman noktalarında yüksek voltajlı bobine giden voltaj beslemesini düzenleyen krank milinin dönüşü ile senkronize darbeler üretir. Ayrıca arabadaki manyetik alan sensörleri, krank milinin konumunu algılamak için kullanılır.

Manyetik olarak hassas sensörlerin bir başka kullanımı, elektrik motorlarının rotorlarının konumunu belirlemektir. Röle elemanı motor statoruna monte edilir ve kutup geçtiğinde devreye girer. Bu prensibe göre bir devir sayacı veya bir hız ölçer oluşturabilirsiniz.

Hall etkisi üzerine kurulu cihazlar, dizüstü bilgisayarlarda veya mobil cihazlarda kullanılır - kapağın kapalı konumunun bir göstergesi olarak. Sensör tetiklendiğinde bilgisayar uyku moduna geçer veya kapanır. Ve akıllı telefonlarda, Dünya'nın manyetik alanına tepki veren sensörün işlevlerinden biri de elektronik pusulanın organizasyonu.

Analog Hall sensörleri, manyetik alan seviyesinin değerlendirilmesinin gerekli olduğu ölçüm cihazlarında kullanılır. Bir iletkendeki akım gücünün temassız ölçümü için vazgeçilmezdirler. Bildiğiniz gibi, bir iletkenden akım geçtiğinde çevresinde bir manyetik alan oluşur. Yoğunluğu akımın gücüne bağlıdır. Akım değişiyorsa, alan başka yollarla da ölçülebilir (örneğin bir akım trafosu ile), ancak doğru akım ile bir Hall sensörü vazgeçilmezdir. DC akım pensleri bu prensibe göre çalışır.

Hall etkisinin en egzotik uygulaması, prensibine göre iyon roket motorlarının yapımıdır.

Hall sensörü performans için nasıl kontrol edilir

Sensörü kontrol etmek için, sensörün kendisine ek olarak ihtiyacınız olacak basit bir devre oluşturabilirsiniz:

• istenen voltaj için güç kaynağı;
• direnç yaklaşık 1 kOhm'luk bir dirençle;
• Işık yayan diyot;
• mıknatıs.

LED yoksa, bunun yerine (ve akım sınırlayıcı direnç) yapabilirsiniz. multimetre kullan (dijital veya işaretçi) voltaj ölçüm modunda.

Güç kaynağı için özel bir gereklilik yoktur - devredeki akımlar çok küçüktür. Voltajı, test edilen sensörün besleme voltajı dahilinde olmalıdır. LED, anot ile voltaj kaynağının artısına, katot test edilen cihazın çıkışına bağlanır, çünkü sensör genellikle açık bir kollektör ile yapılır (ancak veri sayfasında kontrol etmek daha iyidir).

Test prosedürü, test edilen cihazın tipine bağlıdır.

1. Tek kutuplu bir dijital sensörü test etmek için, ona tek kutuplu bir mıknatıs getirmeniz gerekir. LED yanmalıdır (voltmetre göstergesinin oku sapar veya dijital test cihazının okumaları aniden değişir). Mıknatıs önemli ölçüde uzaklaştırıldığında, devre orijinal konumuna geri dönmelidir. Sensör çalışmıyorsa, mıknatısı diğer kutupla ters çevirerek işlemi tekrarlamak gerekir. LED yanıp sönerse, sensör çalışıyordur. Mıknatısın herhangi bir konumunda başarı sağlanamazsa cihaz kullanılamaz hale gelir.
2. Bipolar dijital sensör benzer bir teknik kullanılarak test edilir, mıknatısın bir konumunda yalnızca LED yanar ve manyetik alan kaynağı kaldırıldığında sönmez. Devre, aynı kutupla daha fazla manipülasyona tepki vermemelidir. Mıknatısı ters çevirip sensöre ters polaritede getirirseniz LED sönmelidir. Bu, test edilen cihazın sağlığını gösterir.Devre çalışmıyorsa, sensör arızalıdır.
3. Çok kutuplu bir dijital Hall sensörü, tek kutuplu olanla aynı şekilde test edilir, ancak manyetik olarak hassas cihaz, mıknatısın herhangi bir konumunda çalışmalıdır.

Analog sensörler, dijital olanlarla aynı şekilde kontrol edilir, ancak çıkış voltajı aniden değil, manyetik kuvvet arttıkça düzgün bir şekilde değişmelidir (örneğin, kalıcı bir mıknatıs yaklaşır veya elektromıknatıs sargısındaki akımda bir artış).

Pratik bir bakış açısından, bir arabanın temassız ateşleme sistemine takılan Hall sensörünün nasıl kontrol edileceği sorusu ilginçtir. Bunu yapmak için, konektörü sensörden çıkarın ve belirtilen devreyi doğrudan pimlere monte edin.

Burada LED'i bir multimetre ile de değiştirebilirsiniz. Aracın krank milini manuel olarak çevirerek, LED'in periyodik yanıp sönmesini veya çıkış voltajındaki sıfırdan aracın elektrik sisteminin voltajına yaklaşık olarak olan değişiklikleri gözlemleyebilirsiniz. Bir garajda kontrol etmenin alternatif bir yolu, cihazı geçici olarak iyi durumda olduğu bilinen bir yedek sensörle değiştirmektir.

Hall sensörü, ev ve endüstriyel ekipmanlarda geniş uygulama alanı bulmuştur. Çalışma prensibi hakkında bir anlayış varsa, servis verilebilirliğini kontrol etmek zor değildir.

Benzer makaleler: