Шта је Халл сензор: принцип рада, уређај и методе испитивања перформанси

Сензори - претварачи једне физичке величине у другу (обично у електричну) се широко користе у кућној и индустријској опреми. Без њих је веома тешко, ако не и немогуће, мерити, дигитализовати и обрадити такве технолошке параметре као што су притисак и проток (гас или течност), температура, ниво, јачина магнетног или електричног поља итд. Један од најчешће коришћених сензора је Холов сензор - користе се како у свакодневном животу (почев од паметних телефона или лаптопа), тако и у најсложенијој индустријској технологији.

Халл ефекат - принцип рада

Овај ефекат је 1879. открио амерички физичар Едвин Хол и назвао га по њему.Суштина феномена је да ако узмете металну плочу и кроз њу прођете електричну струју (у правцу АБ на слици), а затим делујете на плочу магнетним пољем, на пример, које ствара стални магнет, тада ће у смеру окомитом на пролазак струје (ЦД на слици ), постојати разлика потенцијала.

Овај ефекат настаје услед Лоренцове силе која делује на покретна наелектрисања и помера их у правцу управном на смер кретања. Као резултат, на ивицама плоче настаје разлика потенцијала, која се може мерити или користити за покретање актуатора (пре-појачавање). Ова разлика зависи од:

• од јачине струје која тече;
• од јачине магнетног поља;
• на концентрацију слободних носилаца наелектрисања у проводнику.

Феномен је добио име по свом откривачу - Холовом ефекту.

Врсте и распоред Холових сензора

Ефекат, откривен у претпрошлом веку, нашао је практичну примену. На основу њега се граде сензори магнетног поља. Њихова предност је што немају покретне и трљајуће елементе (за разлику од реед прекидача), па је њихова поузданост много већа. По принципу осетљивости индустријски сензори Хале су подељене на:

• униполарни (реагују само на један магнетни пол - северни или јужни);
• биполарни (укључују се када су изложени магнетном пољу једног поларитета, искључују се када су изложени магнетном пољу супротног поларитета);
• омниполарни - реагују на било које полове магнета.

Разлика потенцијала створена дејством магнетног поља на покретна наелектрисања је јединица, у најбољем случају десетине микроволти. За практичну примену ово није довољно, разлика потенцијала се мора повећати. Ови појачивачи су уграђени директно у тело сензора, а према врсти појачала уређаји се деле у две класе.

1. Аналог. Код њих је напон на излазу сензора пропорционалан магнетном пољу (зависи од јачине магнета и удаљености од њега). Направљени су на бази оперативног појачала и користе се за мерење магнетних поља.
2. Дигитал. Након инсталирања појачала компаратор или Шмитов окидач. Излазни напон, када магнетна индукција достигне одређени праг, скаче од нуле до високог нивоа (обично до нивоа напона напајања). Такви сензори се користе за изградњу магнетних релеја или генератора импулса. Појачани сигнал са плоче се примењује на уређај прага. Када се достигне подешени ниво, сензор се активира. Ниво окидача се може подесити променом удаљености од сензора до извора магнетног поља.

Примена Холових сензора

Најчешћа примена Холовог сензора у свакодневном животу су бесконтактни системи за паљење аутомобила. Њихова предност је одсуство механичких контактних група. То значи да нема хабања, нема сагоревања контаката, нема ризика од механичког квара.

Систем дистрибуције укључује плочу са избочинама које покреће радилица мотора, перманентни магнет и сам Халов сензор. Када се плоча ротира, избочине у строго дефинисаном тренутку, одређеном положајем радилице, падају у јаз између сензора и магнета, мењајући параметре магнетног поља.Сензор генерише импулсе синхронизоване са ротацијом коленастог вратила, који регулишу довод напона на високонапонску завојницу у потребним временским тачкама. Такође, сензори магнетног поља у аутомобилу се користе за препознавање положаја радилице.

Друга употреба магнетно осетљивих сензора је одређивање положаја ротора електромотора. Елемент релеја је монтиран на статор мотора и активира се када стуб прође. На овом принципу можете направити бројач обртаја или мерач брзине.

Уређаји изграђени на Халл ефекту се користе у лаптопима или мобилним уређајима - као индикатор затвореног положаја поклопца. Када се сензор активира, рачунар прелази у стање спавања или се гаси. А код паметних телефона, једна од функција сензора који реагује на Земљино магнетно поље је организација електронског компаса.

Аналогни Хол сензори се користе у мерним инструментима – где је потребно проценити ниво магнетног поља. Неопходни су за бесконтактно мерење јачине струје у проводнику. Као што знате, када струја пролази кроз проводник, око њега настаје магнетно поље. Његов интензитет зависи од јачине струје. Ако је струја наизменична, онда се поље може мерити на друге начине (на пример, струјним трансформатором), али са једносмерном струјом, Холов сензор је неопходан. Стезаљке једносмерне струје раде на овом принципу.

Најегзотичнија примена Холовог ефекта је конструкција јонских ракетних мотора на његовом принципу.

Како проверити перформансе Холовог сензора

Да бисте проверили сензор, можете саставити једноставан круг, за који ће вам, поред самог сензора, требати:

• напајање за жељени напон;
• отпорник са отпором од око 1 кОхм;
• Светлећа диода;
• Магнет.

Ако нема ЛЕД-а, онда уместо њега (и отпорника који ограничава струју) можете користите мултиметар (дигитални или показивач) у режиму мерења напона.

Нема посебних захтева за напајање - струје у колу су веома мале. Његов напон мора бити унутар напона напајања сензора који се тестира. ЛЕД диода је повезана са анодом на плус извора напона, катодом са излазом уређаја који се тестира, пошто се сензор обично прави са отвореним колектором (али је боље то проверити на таблици са подацима).

Поступак испитивања зависи од типа уређаја који се тестира.

1. Да бисте тестирали униполарни дигитални сензор, потребно је да доведете магнет до њега са једним полом. ЛЕД треба да се упали (стрелица показивача волтметра одступа или се очитавања дигиталног тестера нагло мењају). Када се магнет уклони на знатној удаљености, коло би требало да се врати у првобитни положај. Ако сензор не ради, потребно је окренути магнет другим полом и поновити поступак. Ако ЛЕД трепери, сензор ради. Ако успех није постигнут ни у једном положају магнета, уређај је неупотребљив.
2. Биполарни дигитални сензор се тестира коришћењем сличне технике, само ЛЕД светли на једној позицији магнета и не гаси се када се извор магнетног поља уклони. Коло не би требало да реагује на даље манипулације са истим полом. Ако окренете магнет и доведете га до сензора у супротном поларитету, ЛЕД би се требао искључити. Ово указује на здравље уређаја који се тестира.Ако коло не ради, сензор није у реду.
3. Омниполарни дигитални Хол сензор се тестира на исти начин као и униполарни, али магнетски осетљив уређај треба да ради у било ком положају магнета.

Аналогни сензори се проверавају на исти начин као и дигитални, али излазни напон не би требало да се мења нагло, већ глатко како се магнетна сила повећава (на пример, приближавање сталног магнета или повећање струје у намотају електромагнета).

Са практичне тачке гледишта, занимљиво је питање како проверити Халл сензор инсталиран у бесконтактном систему паљења аутомобила. Да бисте то урадили, уклоните конектор са сензора и саставите назначено коло директно на пинове.

Овде такође можете заменити ЛЕД са мултиметром. Ручним окретањем радилице аутомобила, можете посматрати периодичне трептаје ЛЕД-а или промене излазног напона од нуле до приближно напона електричног система аутомобила. Алтернативни начин за проверу у гаражи је привремена замена уређаја са познатим исправним резервним сензором.

Халл сензор је нашао широку примену у кућној и индустријској опреми. Није тешко проверити да ли је употребљива ако постоји разумевање принципа његовог рада.

Слични чланци: