Halleffektsensor
Halleffektsensorer registrerer magnetfeltstyrken og retningen til en permanent magnet eller elektromagnet. Halleffektsensorutgangen er en funksjon av magnetfeltet og kan oppdage positive så vel som negative magnetfelt.
Arbeidsprinsipp for Hall-effektsensor
Et eksternt magnetfelt aktiverer halleffektsensorer. Magnetiske felt er representert med flukstetthet (B) og med dens magnetiske poler, som enten nordpolen eller sydpolen. Magnetismen rundt halleffektsensoren bestemmer utgangssignalet. Når den omgivende magnetiske flukstettheten overstiger en forhåndsbestemt terskelverdi, produserer sensoren en Hall-spenning, VH.
Halvledersensorer er halvledere av p-type som galliumarsenid (GaAs), indiumarsenid (InAs) og indiumantimonid (InSb) som leder likestrøm. Halvledermaterialet opplever en kraft i nærvær av magnetfelt, noe som får både elektroner og hull til å bevege seg til sidene av halvlederlaget. Når elektroner og hull beveger seg til hver side, utvikles det en potensiell forskjell mellom de forskjellige sidene av halvlederne. I flate rektangulære materialer har et eksternt magnetfelt vinkelrett på halvledermaterialet større effekt på elektronmobiliteten.
Halleffekten viser den magnetiske poltypen og dens feltstyrke. For eksempel er det en spenning ved en av magnetens poler, men ikke ved den andre. Halleffektsensorer er vanligvis 'av' og fungerer som en åpen krets når det ikke er noe magnetfelt. De er kun lukket under et sterkt polarisert magnetfelt (lukket krets).
Halleffekt magnetiske sensoregenskaper
Hallspenningen (V H ) til halleffektsensoren er en funksjon av dens magnetiske feltstyrke (H). De fleste kommersielle halleffektenheter inkluderer DC-forsterkere, svitsjelogiske kretser og spenningsregulatorer i dem for å forbedre sensorfølsomheten og utgangsspenningene. Dette gjør at halleffektsensoren kan håndtere mer kraft og magnetiske felt.
Halleffekt magnetisk sensorkretsdiagram
De semi-aktive sensorene har lineære eller digitale utganger. Utgangsspenningen til den lineære sensoren er direkte relatert til magnetfeltet som strømmer gjennom hallsensoren og sendes ut av en operasjonsforsterker.
Hall effekt spenningsligning
Utgangsspenningsligningen er gitt av:
Her, V H betegner hallspenningen, R H angir halleffektkoeffisienten, jeg angir strømmen, t angir tykkelsen og B står for den magnetiske flukstettheten. Lineære eller analoge sensorer produserer en konstant spenning som øker med sterkere magnetfelt og avtar med svakere felt. I en hall-effekt sensor, når styrken på magnetfeltet øker, øker utgangssignalet til forsterkeren til strømforsyningen mettes. Økning av magnetfeltet får utgangen til å mettes, men har ingen effekt:
Når hallsensorens utgang overstiger et forhåndsbestemt nivå av magnetisk fluks som strømmer gjennom den, bytter kontaktene raskt fra 'lukket' tilstand til 'åpen' tilstand uten å sprette. Denne innebygde hysteresen forhindrer at utgangssignalet oscillerer når sensoren beveger seg inn i magnetfeltet. Dette betyr at den digitale utgangssensoren kun har 'på' og 'av' tilstander.
Halleffektsensortyper
Halleffektsensorer kan være av to typer: bipolare halleffektsensorer og unipolare halleffektsensorer. Unipolare sensorer kan operere og utlades når de går inn og ut av et magnetfelt med samme sørmagnetiske pol, mens bipolare sensorer krever både positive og negative magnetfelt for å fungere og utlades. På grunn av deres 10-20mA utgangsdrivegenskaper, kan ikke de fleste halleffektenheter direkte bytte høye strømbelastninger. For store strømbelastninger legges en NPN-transistor til utgangen med et åpent kollektorarrangement.
Anvendelser av Hall-effektsensorene
Halleffektsensorene slås PÅ i nærvær av magnetiske felt, og de styres av en enkelt permanent type magnet på en bevegelig aksel eller gadget. For å maksimere følsomheten må de magnetiske flukslinjene være vinkelrett på sensorfeltet og med riktig polarisering i alle konfigurasjoner.
1: Head on Detection
Det krever at magnetfeltet er vinkelrett på halleffektdetektoren, som vist nedenfor:
Denne teknikken produserer et utgangssignal, V H , som måler den magnetiske flukstettheten i lineære enheter som en funksjon av avstanden fra halleffektsensoren. Utgangsspenningen øker med magnetfeltets styrke og dets nærhet.
2: Sideveis deteksjon
Det krever en indirekte magnetisk fluks mens magneten beveger seg sidelengs over halleffektelementet.
Side- eller bevegelige sensorer kan måle hastigheten til roterende magneter eller motorer ved å oppdage magnetfeltet som glir på overflaten av Hall-elementet i en viss avstand fra luftgapet.
En positiv eller negativ lineær utgangsspenning kan produseres avhengig av posisjonen til magnetfeltet som passerer gjennom sensorens nullfeltsenterlinje. Den bestemmer vertikale og horisontale bevegelser.
3: Posisjonskontroll
Posisjonsdetektoren forblir i 'av'-tilstand når det ikke er noe magnetfelt. Så snart magnetens sørpol beveger seg i en vinkelrett retning i nærheten av halleffektsensoren, slår enheten seg på og LED-en lyser. Når den er slått på, er halleffektsensoren i 'ON'-tilstand.
For å slå av LED-en, må magnetfeltet falle under dets minste detekterbare utløsningspunkt, eller det kan også bli konfrontert med den motsatte nordpolen med negativ gauss-verdi.
Konklusjon
Halleffektsensorene brukes til deteksjon av retning samt styrken til magnetiske felt. De brukes i en lang rekke bruksområder, inkludert bilindustrien, nærhetsføling, front-mot-, sidelengs- og posisjonsdeteksjon for forskjellige magnetiske felt.