Вход на сайт

Зарегистрировавшись на сайте Вы сможете добавлять свои материалы






Самодельный датчик тока на эффекте холла


Датчик тока на эффекте Холла

Американец Эдвин Герберт Холл в 1879 г. обнаружил эффект, впоследствии названный его именем [1]. Эффект Холла состоит в возникновении электрического поля и разности потенциалов на краях полупроводниковой пластинки, по которой пропускают ток и на которую воздействует магнитное поле. Электрическое поле оказывается перпендикулярным магнитному полю и плоскости, в которой протекает ток. Под действием силы Лоренца происходит отклонение электронов к одному из краев пластинки, а в противоположном — накопление дырок, и между этими зонами возникает ЭДС, именуемая ЭДС Холла. Эта ЭДС тем больше, чем сильнее протекающий по полупроводниковой пластинке ток и чем значительнее магнитная индукция.

Предлагаемое устройство, принцип действия которого основан на эффекте Холла, может быть использовано для обнаружения превышения током в проводнике порогового значения и сигнализации об этом. Схема устройства представлена на рис.1. Примененный датчик Холла марки VHE-101B не имеет встроенного усилителя. При введении его в магнитное поле, например, постоянного магнита возникает ЭДС Холла величиной примерно 35 мВ. Датчик Холла располагают в зазоре ферромагнитного концентратора, который можно изготовить из трансформаторного железа либо пермаллоя для отслеживания тока с частотой до нескольких килогерц, или из феррита для регистрации тока с частотой до десятков килогерц.

Концентратор на тороидальном магнитопроводе с зазором необходим для повышения чувствительности датчика. На магнитопровод уложена обмотка из провода, по которому протекает подлежащий регистрации ток. Число витков — не критично (от одного и до заполнения окна сердечника). Индукция магнитного потока, проходящего сквозь датчик Холла, тем выше, чем больше число витков обмотки, сила протекающего по ней тока и чем меньше толщина немагнитного зазора в сердечнике. Другими словами, чем больше число витков обмотки и тоньше зазор, тем выше чувствительность датчика тока. Но если немагнитный зазор будет чересчур мал, то сердечник может войти в насыщение. Важна также взаимная ориентация концентратора и рабочей плоскости датчика Холла.

При протекании тока по проводнику в определенном направлении на выходе датчика Холла возникает напряжение. Оно усиливается операционным усилителем DA1. Когда величина тока превышает заданный порог, срабатывает светодиод HL1, подключенный к выходу усилителя. А если ток протекает в противоположном направлении либо его величина недостаточна для срабатывания устройства, светодиод не загорается. К светодиоду подсоединены выходные клеммы устройства. Сигнал на них может использоваться в различной аппаратуре для контроля наличия тока.

Элементы R1, VD1 — параметрический стабилизатор напряжения, конденсатор С1 — фильтрующий. Резистор R2 определяет ток, протекающий через датчик Холла. С выходов датчика Холла сигнал поступает на входы операционного усилителя DA1. Резистор R5 ограничивает ток светодиода HL1. Помимо индикации превышения тока, светодиод ограничивает выходное напряжение устройства, не позволяя ему превысить 3,8 В при использовании светодиодов синего свечения (ARL2-5213UBC или ARL2-3214UBC). Конденсатор С2 является элементом коррекции DA1.

Устройство потребляет ток 20 мА. Его можно питать от батареи «Крона» с номинальным напряжением 9 В. Минимальное напряжение, при котором сохраняется работоспособность, составляет 7,5 В, максимально допустимое напряжение — 12В.

Детали датчика размещены на печатной плате, чертеж которой и расположение компонентов показаны на рис.2, а внешний вид после вклеивания (эпоксидным компаундом) датчика Холла в зазор концентратора — на рис.3.

Постоянные резисторы, используемые в устройстве, могут быть любые малогабаритные. Стабилитрон VD1 марки КС170А можно поменять на КС175А, 1 N4737A, BZX85C-7V5, ZPY7V5 или ZY7.5. Вместо импортного датчика Холла марки VHE-101В можно взять отечественный прибор марки ДКХ-0,5, однако при такой замене придется увеличить сопротивление резистора R2 примерно до 620 Ом, чтобы протекающий по датчику ток составлял 3 мА.

Экспериментальная зависимость постоянного тока срабатывания, текущего по навитой на концентратор обмотке, от числа витков этой обмотки представлена на рис.4. График снят при использовании концентратора, изготовленного из тороидального ферритового магнитопровода М3000НМ-А типоразмера К31х18,5×7 с толщиной немагнитного зазора 2,0 мм. Для создания зазора использовалось ножовочное полотно по металлу и шлифовальная бумага. Зазор в магните-проводе выполнен в виде сквозного пропила, в который вставлен датчик Холла, что экранирует последний от наводок магнитных полей окружающей среды и повышает помехоустойчивость датчика.

Устройство, собранное из исправных деталей и точно по схеме, должно начать работать сразу. На резисторе R2 должно падать постоянное напряжение около 2,2 В (обычно от 2,05 В до 2,38 В). Постоянное напряжение между токовыми выводами датчика Холла VB1 должно составлять ориентировочно 5 В (обычно от 4,74 В до 5,20 В). А между каждым из выходов VB1 (на входах 2 и 3 DA1) и общим проводом должно присутствовать постоянное напряжение примерно 2,5 В (обычно от 2,38 В до 2,57 В).

Скорректировать чувствительность датчика, а, следовательно, отрегулировать ток срабатывания можно подбором резисторов R3 и R4, толщины зазора, числа витков обмотки и положения датчика Холла по отношению к зазору концентратора.

Достоинство описываемого устройства по сравнению с резистором-шунтом — низкое энергопотребление (рассеивает мощность всего в 0,18 Вт). Кроме того, в нем отсутствует гальваническая связь между входной и выходной цепями. Некоторым недостатком данного устройства является относительно низкое быстродействие. Частота переменного тока, силу которого теоретически способно отследить данное устройство, не превышает 100 кГц.

Литература
1. Москатов Е. А. Основы электронной техники: Учебное пособие. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2010. — 378с.

Post Views: 347

Линейный датчик на эффекте Холла - рабочая и прикладная схема

ИС с линейным эффектом Холла - это магнитные сенсорные устройства, разработанные для реагирования на магнитные поля для получения пропорционального количества электрического выходного сигнала.

Таким образом, он становится полезным для измерения напряженности магнитных полей и в приложениях, где требуется переключение выхода через магнитные триггеры.

Современные ИС на эффекте Холла разработаны с учетом устойчивости к большинству механических нагрузок, таких как вибрации, толчки, удары, а также к влаге и другим атмосферным загрязнениям.

Эти устройства также невосприимчивы к колебаниям температуры окружающей среды, которые в противном случае могут сделать эти компоненты уязвимыми к нагреву, что приведет к неправильным результатам на выходе.

Как правило, современные линейные ИС на эффекте Холла могут оптимально работать в диапазоне температур от -40 до +150 градусов Цельсия.

Базовая схема расположения выводов

Ратиометрические характеристики с заданными характеристиками

Многие стандартные линейные ИС на эффекте Холла, такие как серия A3515 / 16 от Allegro, являются «ратиометрическими» по своей природе, в которых выходное напряжение и чувствительность устройства находятся на уровне напряжение питания.

Напряжение покоя обычно может составлять половину напряжения питания. В качестве примера, если мы считаем, что напряжение питания устройства составляет 5 В, в отсутствие магнитного поля его выходной сигнал покоя обычно будет 2,5 В и будет изменяться со скоростью 5 мВ на гаусс.

В случае увеличения напряжения питания до 5,5 В, напряжение покоя также будет соответствовать 2,75 В, а чувствительность достигнет 5,5 мВ / Гс.

Что такое динамическое смещение

ИС с линейным эффектом Холла, такие как A3515 / 16 BiCMOS, содержат запатентованную систему подавления динамического смещения с помощью встроенного высокочастотного импульса, поэтому остаточное напряжение смещения материала Холла составляет контролируются надлежащим образом.

Остаточное смещение обычно может возникнуть из-за переформовки устройства, отклонений температуры или других стрессовых ситуаций.

Вышеупомянутая особенность обеспечивает эти линейные устройства стабильным выходным напряжением покоя, устойчивым ко всем типам внешних негативных воздействий на устройство.

Использование линейной ИС на эффекте Холла

ИС с эффектом Холла может быть подключена с помощью указанных соединений, где выводы питания должны подключаться к соответствующим клеммам постоянного напряжения (регулируется).Выходные клеммы могут быть подключены к откалиброванному соответствующим образом вольтметру, чувствительность которого соответствует диапазону выходного сигнала Холла.

Рекомендуется подключение байпасного конденсатора 0,1 мкФ непосредственно к контактам питания ИС, чтобы защитить устройство от внешних наведенных электрических помех или паразитных частот.

После включения устройству может потребоваться несколько минут периода стабилизации, в течение которого его нельзя эксплуатировать с магнитным полем.

Как только устройство стабилизируется по внутренней температуре, оно может подвергнуться воздействию внешнего магнитного поля.

Вольтметр должен немедленно зарегистрировать отклонение, соответствующее силе магнитного поля.

Определение плотности потока

Для определения плотности потока магнитного поля выходное напряжение устройства может быть нанесено на график и расположено по оси Y калибровочной кривой, пересечение выходного уровня с калибровочной кривой подтвердит соответствующее плотность потока на кривой оси X.

Области применения линейного эффекта Холла
  1. Устройства с линейным эффектом Холла могут иметь различные области применения, некоторые из них представлены ниже:
  2. Бесконтактные измерители тока для измерения тока, внешне проходящего через проводник.
  3. Измеритель мощности, идентичный описанному выше (измерение ватт-часов) Обнаружение точки срабатывания по току, в котором внешняя схема интегрирована со ступенью измерения тока для контроля и отключения указанного предела превышения тока.
  4. Тензометрические измерители, в которых коэффициент деформации магнитно связан с датчиком Холла для обеспечения заданных выходных сигналов.
  5. Приложения смещенного (магнитного) зондирования Детекторы черных металлов, в которых устройство на эффекте Холла настроено на обнаружение черных металлов посредством определения силы относительной магнитной индукции. Устройство Холла.
  6. Джойстик с датчиком промежуточного положения Датчик уровня жидкости, еще одно важное приложение датчика Холла. Другими аналогичными приложениями, в которых в качестве основной среды наряду с устройством на эффекте Холла используется напряженность магнитного поля, являются: измерение температуры / давления / вакуума (с сильфонным узлом) Определение положения дроссельной заслонки или воздушного клапана Бесконтактные потенциометры.

Принципиальная схема с использованием датчика Холла

Сенсор на эффекте Холла, описанный выше, можно быстро настроить с помощью нескольких внешних частей для преобразования магнитного поля в электрические переключающиеся импульсы для управления нагрузкой.Простую принципиальную схему можно увидеть ниже:

В этой конфигурации датчик на эффекте Холла преобразует магнитное поле в заданной близости и преобразует его в линейный аналоговый сигнал через свой «выходной» вывод.

Этот аналоговый сигнал можно легко использовать для управления нагрузкой или для питания любой желаемой схемы переключения.

Как увеличить чувствительность

Чувствительность приведенной выше базовой схемы на эффекте Холла можно увеличить, добавив дополнительный транзистор PNP с существующим NPN, как показано ниже:

.

О Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемами, вы можете взаимодействовать с ними через комментарии, я буду очень рад помочь!

.Цепь бесконтактного датчика тока

с использованием ИС с эффектом Холла

В этой статье мы узнаем о простой схеме бесконтактного датчика тока с использованием ИС датчика Холла.

Почему датчик Холла

Когда дело доходит до измерения тока (А), линейные устройства на эффекте Холла являются лучшими и наиболее точными.

Эти устройства могут определять и измерять ток от нескольких ампер до многих тысяч. Более того, это позволяет проводить измерения снаружи без необходимости физического контакта с проводником.

Когда ток проходит через проводник, обычно создается магнитное поле в свободном пространстве силой около 6,9 Гаусс на ампер.

Это означает, что для получения действительного выходного сигнала от устройства на эффекте Холла его необходимо настроить в пределах диапазона указанного выше поля.

Для проводников с малым током это означает, что устройство должно быть сконфигурировано внутри специально разработанных приспособлений для увеличения диапазона и чувствительных возможностей датчика.

Однако для проводника, по которому проходит ток большой величины, может не потребоваться какое-либо специальное устройство, и линейное устройство на эффекте Холла могло бы определять и измерять токи напрямую, располагаясь внутри тороида с зазором.

Расчет магнитного потока

Плотность магнитного потока над устройством может быть сформулирована следующим образом:

B = I / 4 (pi) r, или I = 4 (pi) rB

где,
B = поле сила в гауссах
I = ток в амперах
r = расстояние от центра проводника до установленного устройства в дюймах.

Можно отметить, что элемент с эффектом Холла дает наиболее оптимальный отклик, когда он расположен перпендикулярно магнитному полю. Причина в том, что уменьшенное создание косинуса угла по сравнению с угловыми полями на 90 градусов.

Бесконтактное измерение тока (низкий) с использованием катушки и устройства на эффекте Холла

Как обсуждалось выше, когда задействованы более низкие токи, измерение его через катушку становится полезным, поскольку катушка помогает сконцентрировать плотность потока и отсюда и чувствительность.

Обеспечение зазора между устройством и катушкой

При обеспечении воздушного зазора между устройством и катушкой 0,060 дюйма, эффективная плотность магнитного потока становится равной:

B = 6,9 нИ или n = B / 6,9 I

где n = количество витков катушки.

В качестве примера для визуализации 400 гаусс при 12 амперах приведенная выше формула может использоваться как:

n = 400/83 = 5 витков

Проводник, несущий более низкие величины тока, обычно ниже 1 гаусс, становится затруднительным. для определения из-за присутствия собственных помех, которые обычно сопровождаются твердотельными устройствами и цепями линейных усилителей.

Широкополосный шум, излучаемый на выходе устройства, обычно составляет 400 мкВ RMS, что приводит к ошибке около 32 мА, что может быть значительно большим.

Для правильного определения и измерения малых токов используется схема, показанная ниже, в которой проводник оборачивается вокруг тороидального сердечника несколько раз (n), что дает следующее уравнение:

B = 6.9nI

, где n - количество витков.

Метод позволяет усилить слаботочные магнитные поля в достаточной степени для обеспечения устройства на эффекте Холла данных без ошибок для последующего преобразования в вольт.

Бесконтактное измерение тока (высокий) с использованием тороида и устройства на эффекте Холла

В случаях, когда ток через проводник может быть высоким (около 100 ампер), устройство на эффекте Холла может быть подключено напрямую. используется через тороид с косой секцией для измерения рассматриваемых величин.

Как видно на рисунке ниже, эффект Холла находится между щелью или зазором тороида, в то время как проводник, по которому проходит ток, проходит через тороидальное кольцо.

Магнитное поле, создаваемое вокруг проводника, концентрируется внутри тороида и регистрируется устройством Холла для необходимых преобразований на выходе.

Эквивалентные преобразования, произведенные эффектом Холла, могут быть непосредственно считаны, если соответствующим образом подключить его выводы к цифровому мультиметру, установленному на диапазон мВ постоянного тока.

Вывод питания ИС на эффекте Холла должен быть подключен к источнику постоянного тока в соответствии с его техническими характеристиками.

Предоставлено:

allegromicro.com/~/media/Files/Technical-Documents/an27702-Linear-Hall-Effect-Sensor-ICs.ashx

О Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемами, вы можете взаимодействовать с ними через комментарии, я буду очень рад помочь!

.Принцип работы датчика Холла

Анимация Инструменты

Датчик эффекта Холла - это преобразователь, который изменяет свое выходное напряжение в ответ на магнитное поле. Датчики на эффекте Холла используются для бесконтактного переключения, позиционирования, определения скорости и измерения тока.

Рис. Колесо с двумя магнитами, проходящими мимо датчика Холла

В простейшей форме датчик работает как аналоговый преобразователь, напрямую возвращая напряжение.Зная магнитное поле, можно определить его расстояние от пластины Холла. Используя группы датчиков, можно определить относительное положение магнита.

Часто датчик Холла комбинируется со схемой, которая позволяет устройству работать в цифровом (вкл. / Выкл.) Режиме, и в этой конфигурации его можно назвать переключателем.

ПРИНЦИП РАБОТЫ

Холла Зонд содержит соединение полупроводникового кристалла индия, такие как антимонида индия, установленный на опорной пластине алюминия, и инкапсулированный в головке зонда.

Когда зонд Холла удерживается так, чтобы силовые линии магнитного поля проходили под прямым углом через сенсор зонда, сенсор выдает показание значения плотности магнитного потока (B). Через кристалл проходит ток, который при помещении в магнитное поле создает на нем напряжение «эффекта Холла». Эффект Холла наблюдается, когда проводник пропускается через однородное магнитное поле. Возникающее напряжение на эффекте Холла указывает на то, что магнитный объект прошел вокруг него.Следовательно, напряжение эффекта Холла является выходным сигналом и используется для обнаружения объекта рядом с ним.

Также читайте: Анимация бесконтактного переключателя

ПРЕИМУЩЕСТВА

Датчик Холла может работать как электронный переключатель.

  • Такой выключатель стоит дешевле механического выключателя и намного надежнее.
  • Может работать до 100 кГц.
  • Он не страдает от дребезга контактов, потому что используется твердотельный переключатель с гистерезисом, а не механический контакт.
  • На него не повлияют загрязнения окружающей среды, так как датчик находится в герметичной упаковке. Поэтому его можно использовать в тяжелых условиях.

В случае линейного датчика (для измерения напряженности магнитного поля) датчик на эффекте Холла:

  • может измерять широкий диапазон магнитных полей
  • доступен, который может измерять магнитные поля северного или южного полюса
  • может быть плоским

НЕДОСТАТКИ

Датчики на эффекте Холла обеспечивают гораздо более низкую точность измерения, чем феррозондовые магнитометры или датчики на основе магнитосопротивления.Кроме того, датчики на эффекте Холла значительно дрейфуют, что требует компенсации.

ПРИМЕНЕНИЕ

Определение положения

Определение наличия магнитных объектов (связанное с определением положения) является наиболее распространенным промышленным применением датчиков Холла, особенно тех, которые работают в режиме переключения (режим включения / выключения). Датчики на эффекте Холла также используются в бесщеточном двигателе постоянного тока для определения положения ротора и переключения транзисторов в правильной последовательности.

Смартфоны используют датчики Холла, чтобы определить, закрыта ли флип-крышка.

Трансформаторы постоянного тока

Датчики на эффекте Холла могут использоваться для бесконтактных измерений постоянного тока в трансформаторах тока. В этом случае датчик на эффекте Холла устанавливается в зазоре магнитопровода вокруг токопровода. В результате можно измерить постоянный магнитный поток и рассчитать постоянный ток в проводнике. Эффект Холла также использовался для обнаружения постоянного тока в сверхпроводящем трансформаторе постоянного тока.

Индикатор уровня топлива в автомобиле

Датчик Холла используется в некоторых индикаторах уровня топлива в автомобиле. Основной принцип действия такого индикатора - определение положения плавающего элемента. Это можно сделать либо с помощью вертикального поплавкового магнита, либо с помощью датчика с вращающимся рычагом.

  • В вертикальной поплавковой системе постоянный магнит установлен на поверхности плавающего объекта. Токоведущий провод закреплен на верхней части резервуара на одной линии с магнитом.Когда уровень топлива повышается, к току прикладывается увеличивающееся магнитное поле, что приводит к увеличению напряжения Холла. По мере того, как уровень топлива уменьшается, напряжение Холла также будет уменьшаться. Уровень топлива отображается и отображается надлежащим сигналом напряжения Холла.
  • В датчике с вращающимся рычагом диаметрально намагниченный кольцевой магнит вращается вокруг линейного датчика Холла. Датчик измеряет только перпендикулярную (вертикальную) составляющую поля. Измеренная сила поля напрямую зависит от угла рычага и, следовательно, от уровня в топливном баке.
.

Как работают датчики на эффекте Холла

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 13 августа 2020 г.

Измерить электричество очень просто - мы все знакомы с электрическими единицами, такими как вольт, ампер и ватт (и большинство из нас видели счетчики с подвижной катушкой в той или иной форме). Немного сложнее измерить магнетизм. Спросите больше всего люди, как измерить силу магнитного поля (невидимое область магнетизма, простирающаяся вокруг магнита) или единицы в какая напряженность поля измеряется (Вебер или тесла, в зависимости от того, как вы измеряете), и они не имеют ни малейшего понятия.

Но есть простой способ измерить магнетизм с помощью прибора. называется датчиком или зондом на эффекте Холла, который использует хитроумную наука, открытая в 1879 году американским физиком Эдвин Х. Холл (1855–1938). Работа Холла была гениальной и на много лет опередила свое время - на 20 лет до открытия электрона - и никто не знал, что с ним делать, пока спустя десятилетия не стали лучше разбираться в полупроводниках, таких как кремний. В наши дни Эдвин Холл был бы счастлив найти датчики, названные в его честь, используются во всех виды интересных способов.Рассмотрим подробнее!

Фото: Магнитное испытательное оборудование, используемое для изучения эффекта Холла. Фото любезно предоставлено Брукхейвенской национальной лабораторией и Министерством энергетики США (DOE).

Что такое эффект Холла?

Работая вместе, электричество и магнетизм могут заставить вещи двигаться: электродвигатели, громкоговорители и наушники - это лишь некоторые из незаменимых современные гаджеты, которые так работают. Отправить колеблющийся электрический ток через катушку с медным проводом и (хотя вы не видите этого происходит) вы создадите временное магнитное поле вокруг катушки слишком.Поместите катушку рядом с большим постоянным магнитом и временным магнитное поле, создаваемое катушкой, будет либо притягивать, либо отталкивать магнитное поле от постоянного магнита. Если катушка свободна двигаться, он будет двигаться - либо к постоянному магниту, либо от него. В электродвигатель, катушка настроена так, что может вращаться на месте и поверните колесо; в громкоговорителях и наушники, катушка приклеена на кусок бумага, пластик или ткань, которая движется вперед и назад, чтобы выкачать звук.

Фото: магнитное поле не видно, но его можно измерить с помощью эффекта Холла.фото любезно предоставлено Wikimedia Commons.

« Если электрический ток в фиксированном проводе сам притягивается магнитом, ток должен отводиться на одну сторону провода ...

Эдвин Холл , 1879

Что делать, если поместить кусок токоведущего провода в магнитное поле, а провод? не может двигаться? То, что мы называем электричеством, обычно представляет собой поток заряженные частицы через кристаллические (обычные, твердые) материалы (либо отрицательно заряженные электроны изнутри атомов, либо иногда положительно заряженные «дыры» - зазоры там, где должны находиться электроны).Вообще говоря, если подцепить пластину из проводящего материала к батарее, электроны будут проходить через пластину по прямой линии. Как движущиеся электрические заряды, они также будут производить магнитное поле. Если вы поместите плиту между полюса постоянного магнита, электроны отклонятся в изогнутый путь, когда они движутся через материал, потому что их собственная магнитное поле будет взаимодействовать с полем постоянного магнита. (Для справки, то, что заставляет их отклоняться, называется Сила Лоренца, но нам не нужно здесь вдаваться во все детали.) Это означает, что одна сторона материала будет видеть больше электронов, чем другой, так что разность потенциалов (напряжение) появится на материал под прямым углом к ​​магнитному полю от постоянный магнит и ток. Это то, что физики называют эффектом Холла. Чем больше магнитное поле, тем больше отклоняются электроны; чем больше ток, тем больше электронов нужно отклонить. В любом случае, чем больше разность потенциалов (известная как напряжение Холла) будет.В других словами, напряжение Холла пропорционально величине как электрического ток и магнитное поле. Все это имеет больше смысла в наша небольшая анимация ниже.

Как работает эффект Холла?

  1. Когда электрический ток течет через материал, электроны (показаны здесь синими пятнами) движутся через него практически по прямой линии.
  2. Поместите материал в магнитное поле, и электроны внутри него тоже будут в этом поле. На них действует сила (сила Лоренца) и заставляет отклоняться от их прямолинейного пути.
  3. Теперь, если посмотреть сверху, электроны в этом примере будут изгибаться, как показано: с их точки зрения слева направо. Если на правой стороне материала (внизу на этом рисунке) больше электронов, чем на левой (вверху на этом рисунке), между двумя сторонами будет разница в потенциале (напряжении), как показано зеленым линия со стрелками. Величина этого напряжения прямо пропорциональна величине электрического тока и напряженности магнитного поля.

Куда они идут?

Как узнать, в каком направлении будут двигаться электроны? Вы можете определить направление силы Лоренца с помощью правила левой руки Флеминга (если вы сделаете поправку на обычный ток) или его правила правой руки (если вы этого не сделаете).

Иллюстрация: заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле, испытывают силу (сила Лоренца), которая меняет свое направление, вызывая эффект Холла. Вы можете использовать правило левой руки Флеминга (правило двигателя), чтобы определить направление силы, если вы помните, что правило применяется к обычному току (поток положительных зарядов), а поле течет с севера на юг. В этом примере, если у нас есть поток электронов на страницу, обычный ток вытекает из страницы (так что это направление, в котором должен указывать ваш второй палец).Если поле течет слева направо (указательный палец), наш большой палец говорит нам, что электроны будут двигаться вверх.

Использование эффекта Холла

Вы можете обнаруживать и измерять все виды вещей с помощью эффекта Холла, используя то, что известно. как датчик или зонд на эффекте Холла. Эти термины иногда используются взаимозаменяемо, но, строго говоря, относятся к разным вещам:

  • Датчики на эффекте Холла простые, недорогие, электронные чипы, которые используются во всевозможных широко доступных гаджетах и ​​товарах.
  • Зонды
  • на эффекте Холла - более дорогие и сложные инструменты. в научных лабораториях для таких вещей, как измерение напряженности магнитного поля с очень высокой точностью.


Фото: 1) Типичный кремниевый датчик Холла. Это выглядит очень похоже на транзистор - что неудивительно, поскольку он сделан аналогичным образом. Автор фото: Expainthatstuff.com. 2) Зонд на эффекте Холла, используемый НАСА в середине 1960-х годов. Фото любезно предоставлено Исследовательский центр НАСА Гленна (NASA-GRC).

Обычно изготавливается из полупроводников (таких материалов, как кремний и германий), эффект Холла датчики работают, измеряя напряжение Холла на двух поверхностях когда вы помещаете их в магнитное поле. Некоторые датчики Холла упакованы в удобные микросхемы со схемой управления и могут быть подключается непосредственно к более крупным электронным схемам. Самый простой способ использование одного из этих устройств для определения положения чего-либо. Для Например, вы можете разместить датчик Холла на дверной коробке и магнит на двери, поэтому датчик определяет, открыта дверь или закрыта от наличия магнитного поля.Такое устройство называется датчик приближения. Конечно, вы можете выполнять ту же работу так же легко с магнитным герконом (нет общего правила относительно того, герконы старого образца или современные датчики на эффекте Холла лучше - это зависит от приложения). В отличие от герконов, которые являются механическими и полагаются на контакты движущиеся в магнитном поле датчики Холла полностью электронные и не имеют движущихся частей, поэтому (по крайней мере теоретически) они должны быть надежнее. Одна вещь, которую вы не можете сделать с герконовым переключателем, - это определить степень «включения» - силу магнетизма, - потому что герконовый переключатель либо включен, либо выключен.Вот что делает датчик на эффекте Холла таким полезным.

Для чего используются датчики на эффекте Холла?

Фото: Этот небольшой бесщеточный двигатель постоянного тока из старого дисковода для гибких дисков имеет три датчика Холла. (обозначены красными кружками), расположенные по его краю, которые обнаруживают движение ротора двигателя (вращающегося постоянного магнита) над ними (не показано на этой фотографии). На датчики особо не на что смотреть, как вы можете видеть на фото крупным планом справа!

Датчики

на эффекте Холла дешевы, прочные и надежные, крошечные и простые в использовании. так что вы найдете их во множестве разных машин и повседневных устройств, от автомобильных зажиганий до компьютерных клавиатур и заводских роботов до велотренажеров

Вот один очень распространенный пример, который вы сейчас можете использовать на своем компьютере.В бесщеточный двигатель постоянного тока (используемый в таких устройствах, как жесткие и гибкие диски), вам необходимо в любой момент точно определить, где находится двигатель. Датчик Холла расположенный рядом с ротором (вращающаяся часть двигателя) сможет очень точно определить его ориентацию, измеряя вариации магнитное поле. Подобные датчики также можно использовать для измерения скорости. (например, чтобы посчитать, насколько быстро колесо или двигатель автомобиля кулачок или коленчатый вал вращается). Вы часто найдете их в электронных спидометрах и анемометры (измерители скорости ветра), где они могут быть использованы аналогично герконовым переключателям.

Революционное открытие Эдвина Холла прижилось за несколько десятилетий, но теперь оно используется в самых разных местах - даже в электромагнитных космических ракетных двигателях. Не будет преувеличением сказать, что новаторская работа Холла произвела на меня большое впечатление!

Изображение: Как упакован типичный датчик Холла. Магнитные поля могут быть очень маленькими, поэтому нам нужно, чтобы наши детекторы были как можно более чувствительными, и вот один из способов добиться этого. Сам чип Холла (зеленый, 17) установлен на железной несущей пластине (серый, 16), зажатой внутри двух литых пластиковых секций (серый, 11, 12).Микросхема подключена выводами (19) к контактам (синим), с помощью которых ее можно подключить в цепь. Но действительно важными частями являются два «концентратора потока» из мягкого железа (оранжевый, 15, 21), которые делают устройство гораздо более чувствительным. Когда вы помещаете магнит (22) рядом с датчиком, эти концентраторы позволяют магнитному потоку («плотность» магнетизма, создаваемого магнитным полем) течь по непрерывной петле через кристалл Холла, создавая либо положительное, либо отрицательное напряжение. Если магнит переместится на другую сторону датчика, он создаст противоположное напряжение.Изображение из патента США № 3 845 445: Модульное устройство на эффекте Холла Роланда Брауна и др., Корпорация IBM, 29 октября 1974 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

.

Смотрите также