سنسور اثر هال چیست؟ چه کاربردهایی دارد؟

سنسور اثر هال چیست؟

سنسورهای اثر هال با نام فیزیکدان آمریکایی ادوین هال که ادراک کرد که برق و مغناطیس می توانند برای جابجایی اجسام با هم کار کنند ، از این اصل برای تبدیل اطلاعات رمزگذاری شده مغناطیسی به سیگنالهای الکتریکی استفاده می کنند.

سنسورهای مغناطیسی برای پاسخگویی به طیف وسیعی از میدان های مغناطیسی مثبت و منفی در انواع کاربردهای مختلف و یک نوع حسگر آهنربا طراحی شده اند که سیگنال خروجی تابعی از تراکم میدان مغناطیسی در اطراف آن است ، سنسور اثر هال نامیده می شود.

سنسورهای اثر جلویی دستگاههایی هستند که توسط یک میدان مغناطیسی خارجی فعال می شوند. ما می دانیم که یک میدان مغناطیسی دارای دو ویژگی مهم چگالی شار ( B ) و قطب (قطب شمال و جنوب) است.

سیگنال خروجی از سنسور اثر Hall عملکرد تراکم میدان مغناطیسی در اطراف دستگاه است. هنگامی که چگالی شار مغناطیسی اطراف سنسور از یک آستانه از پیش تعیین شده بیشتر شود ، سنسور آن را تشخیص می دهد و ولتاژ خروجی به نام Hall Voltage ، V H تولید می کند .

بیشتر بخوانید : سنسور دریچه گاز چگونه عمل می کند؟

بیشتر بخوانید : کمپرسور (بررسی تخصصی)

بیشتر بخوانید : انکودر چیست و چه کاری انجام میدهد؟

سنسور اثر هال چگونه کار میکند؟

سنسورهای اثر هال اساساً از یک قطعه نازک از مواد نیمه رسانای مستطیلی شکل p مانند آرسنید گالیم (GaAs) ، آنتی مونید ایندیم (InSb) یا آرسنید ایندیم (InAs) عبور می کنند که جریان مداومی را از خود عبور می دهند.

وقتی دستگاه درون یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد ، خطوط شار مغناطیسی نیرویی به مواد نیمه هادی وارد می کنند که حامل های بار ، الکترون ها و سوراخ ها را به دو طرف دال نیمه هادی منحرف می کند.

این حرکت حامل های بار در نتیجه نیروی مغناطیسی است که آنها از طریق عبور از مواد نیمه هادی تجربه می کنند.
همانطور که این الکترونها و حفره ها بخشهای کناری را حرکت می دهند ، با تجمع این حاملهای بار ، اختلاف پتانسیلی بین دو طرف ماده نیمه هادی ایجاد می شود.

سپس حرکت الکترونها از طریق ماده نیمه هادی تحت تأثیر یک میدان مغناطیسی خارجی قرار می گیرد که در زاویه راست آن قرار دارد و این اثر در یک ماده مسطح مستطیل شکل بیشتر است.

به اثر تولید ولتاژ قابل اندازه گیری با استفاده از میدان مغناطیسی ، اثر هال گفته می شود پس از ادوین هال که آن را در دهه ۱۸۷۰ کشف کرد با اصلی ترین اصل فیزیکی که اثر هال را نیروی لورنتس می داند.

برای ایجاد اختلاف پتانسیل در دستگاه ، خطوط شار مغناطیسی باید عمود باشند ، (۹۰ درجه ) به جریان جریان و از قطب صحیح ، به طور کلی یک قطب جنوب باشند.

اثر Hall اطلاعات مربوط به نوع قطب مغناطیسی و میزان میدان مغناطیسی را فراهم می کند. به عنوان مثال ، یک قطب جنوب باعث می شود دستگاه ولتاژ تولید کند در حالی که قطب شمال هیچ تأثیری نخواهد داشت.

به طور کلی ، سنسورها و کلیدهای Hall Effect در شرایطی که میدان مغناطیسی وجود نداشته باشد ، در حالت “OFF” (حالت مدار باز) طراحی شده اند. آنها فقط در صورت قرار گرفتن در یک میدان مغناطیسی با قدرت و قطب کافی ، “روشن” می شوند (وضعیت مدار بسته).

بیشتر بخوانید : منیفولد چیست؟چه کاربردی در صنایع دارد؟

بیشتر بخوانید : چیلر و هر آنچه راجب آنها باید بدانید

بیشتر بخوانید : آسانسور (بررسی تخصصی)

سنسور مغناطیسی اثر هال

ولتاژ خروجی ، به نام ولتاژ هال ، ( V H ) از عنصر اصلی هال مستقیماً با قدرت میدان مغناطیسی عبوری از مواد نیمه هادی متناسب است (خروجی ∝ H). این ولتاژ خروجی می تواند بسیار کوچک باشد ، حتی در صورت قرار گرفتن در معرض میدان های مغناطیسی قوی ، تنها چند میکروولت است ، بنابراین اکثر دستگاه های دارای اثر تجاری Hall با تقویت کننده های DC داخلی ، مدارهای سوئیچ منطقی و تنظیم کننده های ولتاژ ساخته می شوند تا حساسیت سنسور ، پسماند و خروجی را بهبود بخشند. ولتاژ. این همچنین به حسگر اثر Hall اجازه می دهد تا در دامنه وسیع تری از منابع تغذیه و شرایط میدان مغناطیسی کار کند.

سنسورهای جلوه Hall با خروجی های خطی یا دیجیتال در دسترس هستند. سیگنال خروجی برای سنسورهای خطی (آنالوگ) مستقیماً از خروجی تقویت کننده عملیاتی گرفته می شود که ولتاژ خروجی مستقیماً متناسب با میدان مغناطیسی عبوری از سنسور Hall است.

این ولتاژ هال خروجی به صورت زیر داده می شود:   سنسورهای خطی یا آنالوگ یک خروجی ولتاژ مداوم می دهند که با یک میدان مغناطیسی قوی افزایش می یابد و با یک میدان مغناطیسی ضعیف کاهش می یابد. در سنسورهای خروجی خطی اثر هال ، با افزایش قدرت میدان مغناطیسی ، سیگنال خروجی از آمپلی فایر نیز افزایش می یابد تا زمانی که شروع به اشباع شدن با محدودیت های اعمال شده توسط منبع تغذیه کند.

هرگونه افزایش اضافی در میدان مغناطیسی تاثیری در خروجی نخواهد داشت اما آن را بیشتر به سمت اشباع سوق می دهد.
از طرف دیگر سنسورهای خروجی دیجیتال دارای یک ماشه Schmitt با هیسترزی داخلی هستند که به آمپر op متصل است. هنگامی که شار مغناطیسی عبور از سنسور Hall بیش از یک مقدار از پیش تعیین شده باشد ، خروجی دستگاه سریعاً بین حالت “OFF” خود به حالت “ON” تغییر می کند بدون هیچ نوع گزاف گویی تماس. این هیسترزیس داخلی هر نوسان سیگنال خروجی را هنگام حرکت و خارج شدن سنسور از میدان مغناطیسی از بین می برد. سپس سنسورهای خروجی دیجیتال فقط دو حالت “ON” و “OFF” دارند.

بیشتر بخوانید : سنسور نوری چیست؟ – راهنمای فاصله ی نصب مناسب

بیشتر بخوانید :کنترلر دما چیست؟ چه کاربردی دارد؟(راهنمای جامع و کاربردی)

بیشتر بخوانید :راهنمای کامل آشنایی با انواع سنسور Sensor

دو نوع اساسی سنسور اثر هال دیجیتال وجود دارد : دو قطبی و تک قطبی .
سنسورهای دو قطبی: برای کار با آنها به یک میدان مغناطیسی مثبت (قطب جنوب) و یک میدان منفی (قطب شمال) نیاز دارند.سنسورهای تک قطبی: فقط به یک قطب جنوب مغناطیسی نیاز دارند تا هم کار کند و هم هنگام حرکت به داخل مغناطیسی آزاد شود.اکثر دستگاه های جلوه Hall نمی توانند بارهای الکتریکی زیادی را مستقیماً تغییر دهند زیرا توانایی درایو خروجی آنها در حدود ۱۰ تا ۲۰ میلی آمپر بسیار کم است. برای بارهای زیاد جریان ، یک ترانزیستور جمع کننده باز (غرق جریان) NPN به خروجی اضافه می شود.این ترانزیستور در منطقه اشباع شده خود به عنوان سوئیچ سینک ظرفشویی NPN عمل می کند که هر زمان تراکم شار اعمال شده بالاتر از نقطه تنظیم شده “ON” باشد ، ترمینال خروجی را به زمین کوتاه می کند.ترانزیستور سوئیچینگ خروجی می تواند یک ترانزیستور ساطع کننده باز ، پیکربندی ترانزیستور کلکتور باز یا هر دو یک پیکربندی از نوع فشار خروجی را ارائه دهد که می تواند به اندازه کافی جریان را غرق کند تا بارهای زیادی از جمله رله ها ، موتورها ، LED ها و لامپ ها را هدایت کند.کاربرد سنسور اثر هال

سنسورهای اثر هال توسط یک میدان مغناطیسی فعال می شوند و در بسیاری از برنامه ها دستگاه می تواند توسط یک آهنربای دائمی متصل به شافت یا دستگاه در حال حرکت کار کند. انواع مختلفی از حرکات آهن ربا وجود دارد ، مانند حرکات “Head-on” ، “Sideways” ، “Push-pull” یا “Push-push” و غیره.

برای اطمینان از حداکثر حساسیت ، خطوط مغناطیسی شار باید از هر نوع پیکربندی استفاده شود ، همیشه باید عمود بر ناحیه سنجش دستگاه باشد و باید از قطب درست برخوردار باشد.

همچنین برای اطمینان از خطی بودن ، آهنرباهای با قدرت میدان بالا مورد نیاز است که برای حرکت مورد نیاز ، تغییر زیادی در قدرت میدان ایجاد می کنند. چندین مسیر حرکت ممکن برای تشخیص یک میدان مغناطیسی وجود دارد و در زیر دو مورد از پیکربندی های سنجش رایج با استفاده از یک آهنربا وجود دارد: تشخیص هدایت و تشخیص جانبی.

بیشتر بخوانید : سنسور مادون قرمز چیست؟

بیشتر بخوانید : سنسور اکسیژن (بررسی تخصصی)

بیشتر بخوانید : سنسور خازنی چیست؟ -۷ گام ساده برای شناخت سنسور های خازنی

تشخیص سر به سر

همانطور که از نام آن مشخص است ، “تشخیص سر به سر” مستلزم آن است که میدان مغناطیسی عمود بر دستگاه سنجش اثر هال باشد و برای تشخیص ، مستقیماً به سنسور به سمت چهره فعال نزدیک شود. نوعی رویکرد “سر به سر”.

این رویکرد عادی سیگنال خروجی را تولید می کند ، V H که در دستگاه های خطی نشان دهنده قدرت میدان مغناطیسی ، چگالی شار مغناطیسی ، به عنوان تابعی از فاصله دور از سنسور اثر سالن است. هرچه میدان مغناطیسی نزدیکتر و قوی تر باشد ، ولتاژ خروجی بیشتر خواهد بود و بالعکس.دستگاه های خطی همچنین می توانند بین میدان مغناطیسی مثبت و منفی تفاوت قائل شوند. دستگاه های غیر خطی را می توان برای نشان دادن تشخیص موقعیت در یک فاصله شکاف هوا از پیش تعیین شده دور از آهن ربا ، “ON” را تحریک کرد.

تشخیص اضطراری

دومین پیکربندی سنجش “تشخیص به پهلو” است. این امر مستلزم حرکت آهنربای روی سطح عنصر اثر Hall در یک حرکت وارونه است.آشکارسازی ضلعی یا کشویی برای تشخیص وجود یک میدان مغناطیسی هنگام حرکت در سطح عنصر هال در یک فاصله شکاف ثابت هوا مفید است ، برای مثال ، شمارش آهنربا های چرخشی یا سرعت چرخش موتورها.

بسته به موقعیت میدان مغناطیسی هنگام عبور از خط مرکز میدان صفر سنسور ، می توان ولتاژ خروجی خطی را نشان داد که هم خروجی مثبت و هم منفی دارد. این امکان را برای تشخیص حرکت جهت دارد که می تواند عمودی و همچنین افقی باشد.

کاربردهای مختلفی برای سنسورهای اثر هال وجود دارد به خصوص به عنوان سنسورهای مجاورت. درصورتی که شرایط محیطی از آب ، لرزش ، کثیفی یا روغن تشکیل شده باشد ، می توان آنها را به جای سنسورهای نوری و نوری استفاده کرد. از دستگاه های اثر هال می توان برای سنجش جریان نیز استفاده کرد.

علاوه بر تشخیص وجود یا عدم وجود آهن ربا و میدان های مغناطیسی ، از حسگرهای اثر Hall می توان برای قرار دادن مواد فرو مغناطیسی مانند آهن و فولاد با قرار دادن یک آهنربای کوچک “بایاس” دائمی در پشت منطقه فعال دستگاه استفاده کرد. این سنسور اکنون در یک میدان مغناطیسی ثابت و ثابت قرار دارد و هرگونه تغییر یا ایجاد اختلال در این میدان مغناطیسی با ورود ماده ای آهنی ، با حساسیت های کمتر از mV / G ممکن تشخیص داده می شود.

روش های مختلفی برای ارتباط سنسورهای اثر Hall با مدارهای الکتریکی و الکترونیکی بسته به نوع دستگاه اعم از دیجیتال یا خطی وجود دارد. یک مثال ساختنی بسیار ساده و آسان استفاده از دیود ساطع کننده نور است .

موقعیت یاب

وقتی میدان مغناطیسی وجود نداشته باشد ، این آشکارساز موقعیتی مستقیم “خاموش” خواهد بود (۰ گاوس). وقتی آهنرباهای دائمی قطب جنوب (گاوس مثبت) را به سمت عمود به سمت ناحیه فعال سنسور اثر Hall حرکت می دهند ، دستگاه “روشن” می شود و LED را روشن می کند. پس از روشن شدن “روشن” سنسور اثر Hall “روشن” می ماند.

برای روشن کردن دستگاه و در نتیجه LED “OFF” ، میدان مغناطیسی باید برای سنسورهای تک قطبی به زیر نقطه آزاد شود یا در معرض قطب شمال مغناطیسی (گاوس منفی) برای حسگرهای دو قطبی قرار گیرد. در صورت نیاز به خروجی سنسور اثر Hall برای جابجایی بارهای جریان بزرگتر ، می توان LED را با ترانزیستور قدرت بزرگتری جایگزین کرد .

امیدواریم این مقاله مفید واقع شود لطفا نظرات خود را با ما در میان بگذارید.

بیشتر بخوانید :بررسی تخصصی سنسور گاز (صفر تا صد)

بیشتر بخوانید : تابلو برق (بررسی تخصصی)

بیشتر بخوانید : بوستر پمپ چیست؟ – نحوه ی نصب و استفاده از انواع بوستر پمپ (بررسی کامل)

سخن آخر :

اتوماسیون صنعتی صنعت تک، یک مجموعه تخصصی آموزش ، معرفی و فروش تجهیزات اندازه گیری فشار از جمله سنسور , سنسور اکسیژن, سنسور فشار ، سنسور آتونیکس , ترانسمیتر فشار, ترانسمیتر فشار ویکا ، سنسور القایی , پرشر سوئیچ (پرشر سوئیچ دانفوس)و گیج فشار است که به مشتریان خود کمک می کند به راحتی سنسور یا ترانسمیتر مناسب خود را شناسایی و در صورت نیاز خرید کنند. شما همواره می توانید جهت مشاوره و یا راهنمایی با شماره ۰۲۱۴۴۰۳۲۵۷۸ تماس بگیرید.