Érzékelők - az egyik fizikai mennyiség átalakítói a másikra (általában elektromosra) széles körben használatosak a háztartási és ipari berendezésekben. Ezek nélkül nagyon nehéz, ha nem lehetetlen olyan technológiai paraméterek mérése, digitalizálása és feldolgozása, mint a nyomás és az áramlás (gáz vagy folyadék), hőfok, szint, mágneses vagy elektromos térerősség stb. Az egyik legszélesebb körben használt érzékelő a Hall-érzékelő - mind a mindennapi életben (okostelefonoktól vagy laptopoktól kezdve), mind a legösszetettebb ipari technológiában használják.
Tartalom
Hall-effektus - működési elv
Ezt a hatást Edwin Hall amerikai fizikus fedezte fel 1879-ben, és róla nevezték el.A jelenség lényege, hogy ha veszünk egy fémlemezt, és elektromos áramot vezetünk át rajta (az ábrán AB irányban), majd a lemezre egy mágneses térrel hatunk, amelyet például állandó mágnes hoz létre, akkor az áram áthaladására merőleges irányban (CD az ábrán) potenciálkülönbség lesz.
Ez a hatás annak köszönhető, hogy a Lorentz-erő a mozgó töltésekre hat, és azokat a mozgás irányára merőleges irányban elmozdítja. Ennek eredményeként a lemez szélein potenciálkülönbség keletkezik, amely mérhető vagy felhasználható működtetők kioldására (előerősítés). Ez a különbség a következőktől függ:
- az áramló áram erősségétől;
- a mágneses tér erősségétől;
- a szabad töltéshordozók koncentrációjáról a vezetőben.
A jelenség a felfedezőjéről – a Hall-effektusról – kapta a nevét.
Hall érzékelők típusai és elrendezése
A múlt században felfedezett hatás gyakorlati alkalmazásra talált. Ennek alapján mágneses térérzékelőket építenek. Előnyük, hogy nincsenek mozgó és dörzsölő elemeik (ellentétben a reed kapcsolókkal), így megbízhatóságuk sokkal nagyobb. Az érzékenység elve szerint ipari érzékelők A csarnokok a következőkre oszthatók:
- unipoláris (csak egy mágneses pólusra reagál - északra vagy délre);
- bipoláris (bekapcsol, ha egy polaritású mágneses térnek van kitéve, kikapcsol, ha ellentétes polaritású mágneses térnek van kitéve);
- omnipoláris - reagál a mágnesek bármely pólusára.
A mágneses tér mozgó töltésekre gyakorolt hatása által létrehozott potenciálkülönbség mértékegység, legfeljebb tíz mikrovolt. A gyakorlati alkalmazáshoz ez nem elég, a potenciálkülönbséget növelni kell. Ezek az erősítők közvetlenül az érzékelők testébe vannak beépítve, és az erősítő típusa szerint két osztályba sorolhatók az eszközök.
- Analóg. Ezekben az érzékelő kimenetén a feszültség arányos a mágneses térrel (a mágnes erősségétől és a tőle való távolságtól függ). Műveleti erősítőre épül, és mágneses mezők mérésére szolgál.
- Digitális. Az erősítő beszerelése után összehasonlító vagy Schmitt trigger. A kimeneti feszültség, amikor a mágneses indukció elér egy bizonyos küszöböt, nulláról egy magas szintre (általában a tápfeszültség szintre) ugrik. Az ilyen érzékelőket mágneses relék vagy impulzusgenerátorok építésére használják. A lemezről érkező felerősített jel a küszöbkészülékre kerül. A beállított szint elérésekor az érzékelő működésbe lép. A trigger szint az érzékelő és a mágneses mező forrása közötti távolság változtatásával állítható be.
Hall érzékelők alkalmazása
A Hall érzékelő leggyakoribb alkalmazása a mindennapi életben az érintésmentes autógyújtórendszerek. Előnyük a mechanikus érintkezőcsoportok hiánya. Ez azt jelenti, hogy nincs kopás, nem égnek meg az érintkezők, nincs mechanikai meghibásodás veszélye.
Az elosztórendszer tartalmaz egy lemezt a motor főtengelye által meghajtott párkányokkal, egy állandó mágnest és magát a Hall-érzékelőt. Amikor a lemez forog, a kiemelkedések egy szigorúan meghatározott pillanatban, amelyet a főtengely helyzete határoz meg, az érzékelő és a mágnes közötti résbe esnek, megváltoztatva a mágneses mező paramétereit.Az érzékelő a főtengely forgásával szinkronizált impulzusokat generál, amelyek a szükséges időpontokban szabályozzák a nagyfeszültségű tekercs feszültségellátását. Ezenkívül az autóban található mágneses térérzékelőket használják a főtengely helyzetének felismerésére.
A mágnesesen érzékeny érzékelők másik felhasználási módja az elektromos motorok forgórészeinek helyzetének meghatározása. A reléelem a motor állórészére van szerelve, és akkor aktiválódik, amikor a pólus áthalad. Ezen az elven fordulatszámmérőt vagy sebességmérőt építhet.
A Hall-effektusra épített eszközöket laptopokban vagy mobileszközökben használják - a fedél zárt helyzetének jelzőjeként. Amikor az érzékelő aktiválódik, a számítógép alvó állapotba kerül vagy kikapcsol. Az okostelefonokban pedig a Föld mágneses terére reagáló érzékelő egyik funkciója az elektronikus iránytű megszervezése.
Az analóg Hall érzékelőket mérőműszerekben használják - ahol a mágneses mező szintjének felmérésére van szükség. Nélkülözhetetlenek a vezetékben lévő áramerősség érintésmentes méréséhez. Mint tudják, amikor az áram áthalad egy vezetőn, mágneses mező keletkezik körülötte. Erőssége az áram erősségétől függ. Ha az áram váltóáramú, akkor a mező más módon is mérhető (például áramváltóval), de egyenárammal a Hall érzékelő nélkülözhetetlen. Az egyenáramú bilincsek ezen az elven működnek.
A Hall-effektus legegzotikusabb alkalmazása az ionrakéta hajtóművek megépítése ennek elvén.
Hogyan ellenőrizhető a Hall-érzékelő teljesítménye
Az érzékelő ellenőrzéséhez összeállíthat egy egyszerű áramkört, amelyhez az érzékelőn kívül szüksége lesz:
- tápegység a kívánt feszültséghez;
- ellenállás körülbelül 1 kOhm ellenállással;
- Fénykibocsátó dióda;
- mágnes.
Ha nincs LED, akkor helyette (és az áramkorlátozó ellenállás) lehet használjon multimétert (digitális vagy mutató) feszültségmérési módban.
Nincsenek különleges követelmények a tápegységre - az áramkörben lévő áramok nagyon kicsik. Feszültségének a vizsgált érzékelő tápfeszültségén belül kell lennie. A LED az anóddal a feszültségforrás pluszpontjára, a katód a vizsgált készülék kimenetére csatlakozik, mivel az érzékelő általában nyitott kollektorral készül (de érdemesebb az adatlapon ellenőrizni).
A vizsgálati eljárás a vizsgált eszköz típusától függ.
- Az unipoláris digitális érzékelő teszteléséhez egy pólusú mágnest kell hozzá vinni. A LED-nek világítania kell (a mutató voltmérő nyila eltér, vagy a digitális teszter értékei hirtelen megváltoznak). Ha a mágnest jelentős távolságra eltávolítják, az áramkörnek vissza kell térnie az eredeti helyzetébe. Ha az érzékelő nem működik, meg kell fordítani a mágnest a másik pólussal, és meg kell ismételni az eljárást. Ha a LED villog, akkor az érzékelő működik. Ha a mágnes egyik helyzetében sem ért el sikert, az eszköz használhatatlan.
- A bipoláris digitális érzékelőt hasonló technikával tesztelik, csak a LED világít a mágnes egyik pozíciójában, és nem alszik ki, ha a mágneses mező forrását eltávolítják. Az áramkörnek nem szabad reagálnia az azonos pólusú további manipulációkra. Ha megfordítja a mágnest és ellenkező polaritással viszi az érzékelőhöz, a LED-nek ki kell kapcsolnia. Ez jelzi a vizsgált eszköz állapotát.Ha az áramkör nem működik, akkor az érzékelő nem működik.
- Az omnipoláris digitális Hall-érzékelőt ugyanúgy tesztelik, mint egy unipolárist, de a mágnesesen érzékeny eszköznek a mágnes bármely pozíciójában működnie kell.
Az analóg érzékelők ellenőrzése ugyanúgy történik, mint a digitálisaké, de a kimeneti feszültségnek nem szabad hirtelen változnia, hanem simán, ahogy a mágneses erő növekszik (például egy állandó mágnes közeledik vagy az elektromágnes tekercsében az áram növekszik).
Gyakorlati szempontból érdekes az a kérdés, hogyan ellenőrizhető az autó érintés nélküli gyújtásrendszerébe beépített Hall-érzékelő. Ehhez távolítsa el a csatlakozót az érzékelőről, és szerelje össze a jelzett áramkört közvetlenül a tűkre.
Itt a LED-et multiméterre is cserélheti. Az autó főtengelyének kézi forgatásával megfigyelheti a LED időszakos felvillanását vagy a kimeneti feszültség változásait nulláról megközelítőleg az autó elektromos rendszerének feszültségére. A garázsban történő ellenőrzés másik módja a készülék ideiglenes cseréje egy ismerten jó tartalék érzékelőre.
A Hall érzékelő széles körben alkalmazható háztartási és ipari berendezésekben. Nem nehéz ellenőrizni a használhatóságát, ha megértjük a működési elvét.
Hasonló cikkek:
