Mikä on Hall-anturi: toimintaperiaate, laite ja suorituskyvyn testausmenetelmät

Anturit - fyysisen suuren muuntajia toiseen (yleensä sähköisiksi) käytetään laajalti kotitalous- ja teollisuuslaitteissa. Ilman niitä on erittäin vaikeaa, ellei mahdotonta, mitata, digitoida ja käsitellä teknisiä parametreja, kuten paine ja virtaus (kaasu tai neste), lämpötila, taso, magneetti- tai sähkökentän voimakkuus jne. Yksi yleisimmin käytetyistä antureista on Hall-anturi - niitä käytetään sekä jokapäiväisessä elämässä (alkaen älypuhelimista tai kannettavista tietokoneista) että monimutkaisimmassa teollisuustekniikassa.

Hall-ilmiö - toimintaperiaate

Tämän vaikutuksen löysi vuonna 1879 amerikkalainen fyysikko Edwin Hall, ja se nimettiin hänen mukaansa.Ilmiön olemus on, että jos otat metallilevyn ja johdat sen läpi sähkövirtaa (kuvassa suuntaan AB) ja toimit sitten levyyn esimerkiksi kestomagneetin luomalla magneettikentällä, silloin virran kulkua vastaan ​​kohtisuorassa suunnassa (CD kuvassa ) tulee potentiaaliero.

Tämä vaikutus johtuu Lorentzin voimasta, joka vaikuttaa liikkuviin varauksiin ja siirtää niitä kohtisuoraan liikesuuntaan nähden. Tämän seurauksena levyn reunoihin syntyy potentiaaliero, joka voidaan mitata tai käyttää toimilaitteiden laukaisemiseen (esivahvistus). Tämä ero riippuu:

• virtaavan virran voimakkuudesta;
• magneettikentän voimakkuudesta;
• vapaiden varauksenkuljettajien pitoisuudesta johtimessa.

Ilmiö on nimetty sen löytäjän - Hall-ilmiön mukaan.

Hall-anturien tyypit ja järjestelyt

Toisella vuosisadalla löydetty vaikutus löysi käytännön sovelluksen. Sen pohjalta rakennetaan magneettikenttäantureita. Niiden etuna on, että niissä ei ole liikkuvia ja hankaavia elementtejä (toisin kuin kielikytkimet), joten niiden luotettavuus on paljon korkeampi. Herkkyysperiaatteen mukaan teollisuusanturit Hallit on jaettu:

• unipolaarinen (reagoi vain yhteen magneettiseen napaan - pohjoiseen tai etelään);
• bipolaarinen (sytytä, kun se altistuu yhden napaisuuden magneettikentälle, sammuta, kun se altistuu vastakkaisen napaisuuden magneettikentälle);
• omnipolaarinen - reagoi kaikkiin magneettien napoihin.

Magneettikentän vaikutuksesta liikkuviin varauksiin syntyvä potentiaaliero on yksikköä, parhaimmillaan kymmeniä mikrovoltteja. Käytännön käyttöön tämä ei riitä, vaan potentiaalieroa on lisättävä. Nämä vahvistimet on rakennettu suoraan anturien runkoon, ja vahvistimen tyypin mukaan laitteet on jaettu kahteen luokkaan.

1. Analoginen. Niissä anturin lähdössä oleva jännite on verrannollinen magneettikenttään (se riippuu magneetin voimakkuudesta ja etäisyydestä siitä). Rakennettu operaatiovahvistimen pohjalta ja niitä käytetään magneettikenttien mittaamiseen.
2. Digitaalinen. Vahvistimen asennuksen jälkeen vertailija tai Schmitt-laukaisin. Lähtöjännite, kun magneettinen induktio saavuttaa tietyn kynnyksen, hyppää nollasta korkealle tasolle (yleensä syöttöjännitetasolle). Tällaisia ​​antureita käytetään magneettireleiden tai pulssigeneraattoreiden rakentamiseen. Levyltä tuleva vahvistettu signaali syötetään kynnyslaitteeseen. Kun asetettu taso saavutetaan, anturi laukeaa. Liipaisutasoa voidaan säätää muuttamalla etäisyyttä anturista magneettikentän lähteeseen.

Hall-anturien käyttö

Hall-anturin yleisin käyttökohde jokapäiväisessä elämässä on kosketuksettomat auton sytytysjärjestelmät. Niiden etuna on mekaanisten kontaktiryhmien puuttuminen. Tämä tarkoittaa, ettei kulumista, koskettimien palamista tai mekaanisen vian vaaraa.

Jakelujärjestelmä sisältää levyn, jossa on moottorin kampiakselin käyttämät reunat, kestomagneetti ja itse Hall-anturi. Kun levy pyörii, ulkonemat tiukasti määritellyllä hetkellä, joka määräytyy kampiakselin asennon mukaan, putoavat anturin ja magneetin väliseen rakoon, mikä muuttaa magneettikentän parametreja.Anturi tuottaa kampiakselin pyörimiseen synkronoituja pulsseja, jotka säätelevät korkeajännitekäämin jännitteensyöttöä vaadituina ajankohtina. Myös auton magneettikenttäantureita käytetään kampiakselin asennon tunnistamiseen.

Toinen magneettisesti herkkien antureiden käyttötarkoitus on sähkömoottoreiden roottoreiden asennon määrittäminen. Releelementti on asennettu moottorin staattoriin ja aktivoituu, kun napa ohittaa. Tällä periaatteella voit rakentaa kierroslukumittarin tai nopeusmittarin.

Hall-efektiin rakennettuja laitteita käytetään kannettavissa tietokoneissa tai mobiililaitteissa - osoittimena kannen kiinniasennosta. Kun anturi laukeaa, tietokone menee lepotilaan tai sammuu. Ja älypuhelimissa yksi maan magneettikenttään reagoivan anturin tehtävistä on elektronisen kompassin järjestäminen.

Analogisia Hall-antureita käytetään mittalaitteissa - missä on tarpeen arvioida magneettikentän tasoa. Ne ovat välttämättömiä johtimien virranvoimakkuuden kosketuksettomassa mittauksessa. Kuten tiedät, kun virta kulkee johtimen läpi, sen ympärille syntyy magneettikenttä. Sen intensiteetti riippuu virran voimakkuudesta. Jos virta on vaihtovirta, niin kenttä voidaan mitata muillakin tavoilla (esimerkiksi virtamuuntajalla), mutta tasavirralla Hall-anturi on välttämätön. DC-virtapihdit toimivat tällä periaatteella.

Hall-ilmiön eksoottisin sovellus on ionirakettimoottorien rakentaminen sen periaatteella.

Kuinka tarkistaa Hall-anturin suorituskyky

Anturin tarkistamiseksi voit koota yksinkertaisen piirin, jota varten tarvitset itse anturin lisäksi:

• virtalähde halutulle jännitteelle;
• vastus jonka resistanssi on noin 1 kOhm;
• Valodiodi;
• magneetti.

Jos LEDiä ei ole, voit sen (ja virtaa rajoittavan vastuksen) sijasta käytä yleismittaria (digitaalinen tai osoitin) jännitteenmittaustilassa.

Virtalähteelle ei ole erityisiä vaatimuksia - piirin virrat ovat hyvin pieniä. Sen jännitteen tulee olla testattavan anturin syöttöjännitteen sisällä. LED on kytketty anodilla jännitelähteen plussaan, katodi testattavan laitteen lähtöön, koska anturi on yleensä tehty avoimella kollektorilla (mutta on parempi tarkistaa se tietolomakkeesta).

Testausmenettely riippuu testattavan laitteen tyypistä.

1. Yksinapaisen digitaalisen anturin testaamiseksi sinun on tuotava siihen magneetti yhdellä napalla. LED-valon pitäisi syttyä (osoittimen volttimittarin nuoli poikkeaa tai digitaalisen testerin lukemat muuttuvat äkillisesti). Kun magneetti poistetaan huomattavan matkan päästä, piirin tulisi palata alkuperäiseen asentoonsa. Jos anturi ei toimi, magneetti on käännettävä toisella navalla ja toistettava toimenpide. Jos LED vilkkuu, anturi toimii. Jos menestystä ei saavutettu missään magneetin asennossa, laite on käyttökelvoton.
2. Bipolaarinen digitaalinen anturi testataan vastaavalla tekniikalla, vain LED syttyy magneetin yhdessä kohdassa, eikä sammu, kun magneettikentän lähde poistetaan. Piirin ei pitäisi reagoida muihin manipulaatioihin samalla napalla. Jos käännät magneetin ympäri ja tuot sen anturin luo päinvastaisessa polariteetissa, LEDin pitäisi sammua. Tämä osoittaa testattavan laitteen kunnon.Jos piiri ei toimi, anturi on epäkunnossa.
3. Omnipolaarinen digitaalinen Hall-anturi testataan samalla tavalla kuin yksinapainen, mutta magneettisen herkän laitteen tulee toimia missä tahansa magneetin asennossa.

Analogiset anturit tarkistetaan samalla tavalla kuin digitaaliset, mutta lähtöjännitteen ei pitäisi muuttua äkillisesti, vaan tasaisesti magneettisen voiman kasvaessa (esimerkiksi kestomagneetti lähestyy tai sähkömagneettikäämin virran kasvu).

Käytännön näkökulmasta kysymys siitä, kuinka tarkistaa auton kosketuksettomaan sytytysjärjestelmään asennettu Hall-anturi, on mielenkiintoinen. Tätä varten irrota liitin anturista ja asenna osoitettu piiri suoraan nastoihin.

Täällä voit myös korvata LEDin yleismittarilla. Kääntämällä auton kampiakselia manuaalisesti voit tarkkailla LEDin säännöllisiä välähdyksiä tai lähtöjännitteen muutoksia nollasta suunnilleen auton sähköjärjestelmän jännitteeseen. Vaihtoehtoinen tapa tarkistaa autotallissa on tilapäisesti vaihtaa laite tunnetusti hyväkuntoiseen vara-anturiin.

Hall-anturi on löytänyt laajan sovelluksen kotitalous- ja teollisuuslaitteissa. Sen huollon tarkistaminen ei ole vaikeaa, jos sen toimintaperiaate ymmärretään.

Samanlaisia ​​artikkeleita: