Что такое эффект Холла и как работают датчики Холла

<основной класс="главный сайт" id="главный">

В этом уроке мы узнаем, что такое эффект Холла и как работают датчики Холла. Вы можете посмотреть следующее видео или прочитать письменное руководство ниже.

Обзор

Эффект Холла является наиболее распространенным методом измерения магнитного поля, а датчики на эффекте Холла очень популярны и имеют множество современных применений. Например, их можно найти в транспортных средствах в качестве датчиков скорости вращения колес, а также датчиков положения коленчатого или распределительного вала. Также они часто используются в качестве переключателей, компасов MEMS, датчиков приближения и так далее. Теперь мы рассмотрим некоторые из этих датчиков и посмотрим, как они работают, но сначала давайте объясним, что такое эффект Холла.

Что такое эффект Холла?

Вот эксперимент, объясняющий эффект Холла:если у нас есть тонкая проводящая пластина, как показано на рисунке, и мы пропускаем через нее ток, носители заряда будут течь по прямой линии от одной стороны пластины к другой.

Теперь, если мы поднесем некоторое магнитное поле к пластине, мы нарушим прямолинейный поток носителей заряда из-за силы, называемой силой Лоренца (Википедия). В таком случае электроны отклонятся к одной стороне пластины, а положительные дырки — к другой стороне пластины. Это означает, что если мы сейчас поместим метр между двумя другими сторонами, мы получим некоторое напряжение, которое можно измерить.

Таким образом, эффект получения измеримого напряжения, как мы объяснили выше, называется эффектом Холла в честь Эдвина Холла, открывшего его в 1879 году.

Датчики Холла

Основной элемент Холла магнитных датчиков на эффекте Холла в основном обеспечивает очень небольшое напряжение, всего несколько микровольт на гаусс, поэтому эти устройства обычно изготавливаются со встроенными усилителями с высоким коэффициентом усиления.

Существует два типа датчиков Холла, один с аналоговым, а другой с цифровым выходом. Аналоговый датчик состоит из регулятора напряжения, элемента Холла и усилителя. Из принципиальных схем видно, что выходной сигнал датчика является аналоговым и пропорциональным выходному сигналу элемента Холла или напряженности магнитного поля. Датчики этого типа подходят и используются для измерения близости из-за их непрерывного линейного выходного сигнала.

С другой стороны, датчики с цифровым выходом обеспечивают только два состояния выхода:«ВКЛ» или «ВЫКЛ». Датчики этого типа имеют дополнительный элемент, как показано на принципиальных схемах. Это триггер Шмитта, который обеспечивает гистерезис или два разных пороговых уровня, поэтому выходной сигнал либо высокий, либо низкий. Для получения более подробной информации о том, как работает триггер Шмитта, вы можете проверить мой конкретный учебник для этого.

Примером датчика этого типа является переключатель на эффекте Холла. Они часто используются в качестве концевых выключателей, например, в 3D-принтерах и станках с ЧПУ, а также для обнаружения и позиционирования в системах промышленной автоматизации.

Другими современными приложениями этих датчиков являются измерение частоты вращения колеса/ротора или оборотов в минуту, а также определение положения коленчатого или распределительного вала в системах двигателя. Эти датчики состоят из элемента Холла и постоянного магнита, которые размещаются рядом с зубчатым диском, прикрепленным к вращающемуся валу.

Зазор между датчиком и зубьями диска очень мал, поэтому каждый раз, когда зуб проходит рядом с датчиком, изменяется окружающее магнитное поле, что приводит к повышению или понижению выходного сигнала датчика. Таким образом, выходной сигнал датчика представляет собой сигнал прямоугольной формы, который можно легко использовать для расчета скорости вращения вращающегося вала.