Hall Effect Sensor
Nakikita ng mga Hall effect sensor ang lakas ng magnetic field at direksyon ng isang permanenteng magnet o electromagnet. Ang output ng hall effect sensor ay isang function ng magnetic field nito at maaaring makakita ng positibo at negatibong magnetic field.
Prinsipyo ng Paggawa ng Hall Effect Sensor
Ang isang panlabas na magnetic field ay nagpapagana ng mga sensor ng hall effect. Ang mga magnetic field ay kinakatawan ng flux density (B) at ng mga magnetic pole nito, gaya ng alinman sa north pole o South Pole. Tinutukoy ng magnetism sa paligid ng hall effect sensor ang output signal nito. Kapag ang ambient magnetic flux density ay lumampas sa isang paunang natukoy na halaga ng threshold, ang sensor ay gumagawa ng isang Hall boltahe, VH.
Ang mga semiconductor sensor ay mga p-type na semiconductors tulad ng gallium arsenide (GaAs), indium arsenide (InAs) at indium antimonide (InSb) na nagsasagawa ng direktang kasalukuyang. Ang materyal na semiconductor ay nakakaranas ng puwersa sa pagkakaroon ng magnetic field, na nagiging sanhi ng parehong mga electron pati na rin ang mga butas na lumipat sa mga gilid ng layer ng semiconductor. Habang lumilipat ang mga electron at butas sa magkabilang panig, ang isang potensyal na pagkakaiba ay nabuo sa pagitan ng iba't ibang panig ng semiconductors. Sa mga patag na hugis-parihaba na materyales, ang isang panlabas na magnetic field na patayo sa materyal na semiconductor ay may mas malaking epekto sa mobility ng elektron.
Ipinapakita ng hall effect ang magnetic pole type at ang field strength nito. Halimbawa, mayroong boltahe sa isa sa mga pole ng magnet, ngunit hindi sa isa pa. Ang mga Hall effect sensor ay karaniwang 'naka-off' at kumikilos tulad ng isang bukas na circuit kapag walang magnetic field. Ang mga ito ay sarado lamang sa ilalim ng isang malakas na polarized magnetic field (closed circuit).
Mga Katangian ng Hall Effect Magnetic Sensor
Ang boltahe ng bulwagan (V H ) ng hall effect sensor ay isang function ng lakas ng magnetic field nito (H). Karamihan sa mga commercial hall effect na device ay kinabibilangan ng mga DC amplifier, switching logic circuit, at voltage regulator sa mga ito upang pahusayin ang sensor sensitivity at output voltages. Nagbibigay-daan ito sa hall effect sensor na humawak ng mas maraming power at magnetic field.
Hall Effect Magnetic Sensor Circuit Diagram
Ang mga semi-aktibong sensor ay may mga linear o digital na output. Ang output boltahe ng linear sensor ay direktang nauugnay sa magnetic field na dumadaloy sa hall sensor at ito ay output ng isang operational amplifier.
Hall Effect Voltage Equation
Ang output boltahe equation ay ibinibigay ng:
Dito, V H nagsasaad ng boltahe ng bulwagan, R H nagsasaad ng koepisyent ng epekto ng bulwagan, tinutukoy ko ang kasalukuyang, ang t ay tumutukoy sa kapal at ang B ay kumakatawan sa density ng magnetic flux. Ang mga linear o analog na sensor ay gumagawa ng pare-parehong boltahe na tumataas sa mas malakas na magnetic field at bumababa sa mas mahinang field. Sa isang sensor ng hall-effect, habang tumataas ang lakas ng magnetic field, tumataas ang output signal ng amplifier hanggang sa mabusog ang power supply. Ang pagtaas ng magnetic field ay nagiging sanhi ng pagbubuhos ng output ngunit walang epekto:
Kapag ang output ng hall sensor ay lumampas sa isang paunang natukoy na antas ng magnetic flux na dumadaloy dito, ang mga contact ay mabilis na lumipat mula sa 'sarado' na estado patungo sa 'bukas' na estado nang hindi nagba-bounce. Pinipigilan ng built-in na hysteresis na ito ang output signal mula sa oscillating habang ang sensor ay gumagalaw sa magnetic field. Nangangahulugan ito na ang digital output sensor ay mayroon lamang 'on' at 'off' na estado.
Mga Uri ng Hall Effect Sensor
Ang mga hall effect sensor ay maaaring may dalawang uri: bipolar hall effect sensor at unipolar hall effect sensor. Ang mga unipolar sensor ay maaaring gumana at mag-discharge kapag pumapasok at lumalabas sa isang magnetic field na may parehong south magnetic pole, habang ang mga bipolar sensor ay nangangailangan ng parehong positibo at negatibong magnetic field upang gumana at mag-discharge. Dahil sa kanilang 10-20mA output drive na mga kakayahan, karamihan sa mga hall effect na device ay hindi maaaring direktang lumipat ng mataas na kasalukuyang load. Para sa mabibigat na kasalukuyang load, ang isang NPN transistor ay idinagdag sa output na may bukas na pag-aayos ng kolektor.
Mga Application ng Hall Effect Sensors
Ang mga hall effect sensor ay naka-ON sa pagkakaroon ng mga magnetic field at sila ay kinokontrol ng isang permanenteng uri ng magnet sa isang gumagalaw na shaft o gadget. Upang i-maximize ang sensitivity, ang mga magnetic flux na linya ay dapat na patayo sa field ng sensor at may tamang polarization sa lahat ng configuration.
1: Tumungo sa Detection
Kinakailangan nito na ang magnetic field ay patayo sa hall effect detector, tulad ng ipinapakita sa ibaba:
Ang pamamaraan na ito ay gumagawa ng isang output signal, V H , na sumusukat sa density ng magnetic flux sa mga linear na device bilang isang function ng distansya mula sa hall effect sensor. Ang output boltahe ay tumataas sa lakas ng magnetic field at ang kalapitan nito.
2: Nakatagilid na Detection
Nangangailangan ito ng hindi direktang magnetic flux habang ang magnet ay gumagalaw patagilid sa elemento ng hall effect.
Maaaring sukatin ng mga lateral o movable sensor ang bilis ng umiikot na mga magnet o motor sa pamamagitan ng pag-detect ng magnetic field na dumudulas sa ibabaw ng elemento ng Hall sa isang tiyak na distansya mula sa air gap.
Maaaring makagawa ng positibo o negatibong linear na boltahe ng output depende sa posisyon ng magnetic field na dumadaan sa zero-field centerline ng sensor. Tinutukoy nito ang mga vertical at horizontal na paggalaw.
3: Kontrol sa Posisyon
Ang position detector ay nananatili sa 'off' na estado kapag walang magnetic field. Sa sandaling gumagalaw ang south pole ng magnet sa isang patayong direksyon sa paligid ng hall effect sensor, ang aparato ay 'naka-on' at ang LED ay kumikinang. Kapag naka-on, ang hall effect sensor ay nasa 'ON' na estado.
Upang i-off ang LED, ang magnetic field ay dapat bumaba sa ibaba ng pinakamababang detectable na triggering point nito, o maaari rin itong harapin sa tapat ng north pole na may negatibong gauss value.
Konklusyon
Ang mga hall effect sensor ay ginagamit para sa pagtuklas ng direksyon pati na rin ang lakas ng magnetic field. Ginagamit ang mga ito sa iba't ibang uri ng mga application kabilang ang automotive, proximity sensing, head on, patagilid at position detection para sa iba't ibang magnetic field.