Hall andur

Hall Effect Sensor on väike tundlik element, mis võimaldab teil jälgida magnetvälja muutusi. Avastus on juba 100 aastat vana, tegevuspõhimõtte aluseks olev nähtus on tuntud alates 1879. aastast, kuid ainult viimastel aastakümnetel on tooted muutunud tehnoloogilise arengu näidete lahutamatuks osaks.

Hall Effect

Edwin Hall näitas, et magnetväli suhtes ristsuunas tekib juhti, kui sellest voolab alalisvool. Praktikas tundub, et metallribade servadel on potentsiaalid, kui ribasse viiakse magnet. Selle tulemusena on võimalik registreerida sensorile lähenemise fakt. Potentsiaalne erinevus sõltub peamiselt:

1. voolava alalisvoolu suurusest.
2. Magnetvälja tugevus.
3. Mobiilsus ja laengukandjate kontsentratsioon materjalis.

Kuni 1950-ndate aastate alguseni, kui mikrolaine kiirguse salvestaja esmakordselt loodi, ei rakendatud Hall-efekti väljaspool laborit. Arvutiklaviatuuride tootjate poolt käivitatud massiivse ujumise puhul osutusid mureküsimused huvituks leida kontaktivaba võtmete registreerimise viis ja leida see 1968. aastal. Joe Mopini ja Everett Wortmani poolt 1965. aastal leiutatud tahkisandur parandas oluliselt seadme omadusi. Nüüd kogeb tööstusharu igal aastal Halli andurite vajadust, hinnanguliselt kogub viies tootmisettevõte 2 miljardit dollarit tulu.

Täna kasutavad Hall andurid selle funktsiooni tõttu - need on peaaegu igavesti, ei sisalda liikuvaid ega hõõrduvaid osi. Klaviatuuril ei ole see tundlik element, vaid kontroller. On viiruseid, mis suudavad kiipi ümber programmeerida ja arvutit nakatada. .. USB-klaviatuuride kaudu. Muide, salateenistused on juba ammu võtnud vastu spioonimeetodi, kuid puudub lihtsalt tõhus kaitse haavatavuse vastu.

Hall-efekt avaldub juhtis tugevamal, seda väiksem on kandja kontsentratsioon ja seda suurem on liikuvus. Metalle( mille põhjal nähtus esmakordselt näidati) ei peeta ideaalseks materjaliks andurite loomiseks. Palju suuremal määral sobivad selleks pooljuhid. Samal ajal vähendab see oluliselt kulusid ja suurendab masstootmise ühendamist.

Vaatame, kuidas Hall andur töötab. Kujutage ette pooljuhtriba, mis kulgeb läbi voolu. Väliste häirete puudumisel luuakse elektrivälja sees, mis käivitab laengukandjad. Oletame nüüd, et konstantse magnetvälja read tekivad riba pinnaga risti. Tekkivad Lorentzi jõud muutuvad vasaku käe reegliks, et protsessile reageerida. Tuletame meelde, et suund on määratud järgmiselt: „Kui asetate vasakpoolse käe nii, et magnetvälja jooned on oma peopesaga risti, ja välja sirutatud sõrmed vaatavad laengu liikumise suunas( füüsikas - positiivselt laetud osakesed, mitte negatiivsed elektronid), nihkub pöidla 90 kraadi võrraosutab Lorentzi jõu tegevuse suunas. "

Hall-efektis pole mõistatusi. Lorentzi valemit pakuti hea kümne aasta pärast - 1892. aastal - enne, kui inimesed avastasid, et alalisvoolu voolu korral moodustab kuldplaat otsas potentsiaalse erinevuse. Magnetvälja mõju dirigentidele 1831. aastal väljendas selgelt Michael Faraday, tänu salajastele austajatele, kelle maailm sai generaatorite ja mootorite kohta teada. Ei ole veel teada, kes esimene alalisvoolumootor töötas. Pööratud generaatori tagasikäigu korral.

Hall Effect avati 1879. aastal Baltimore'i Johns Hopkinsi ülikooli baasil. Edwin püüdis testida Kelvini teooriat, mis oli kolmkümmend aastat varem väljendatud, ning tegi aktiivset tööd, et uurida magnetvälja mõju kuldplaadile. Teadlane tutvustas koefitsienti, mis näitab saadud mõju sõltuvalt rakendatava magnetvälja ja voolava voolu saadusest. Ilmselt sõltub väärtus materjali omadustest. Hetk on juba arutatud.

Hall Hall andurite mõju

eksperdid juhivad tähelepanu Hall andurite järgmistele eelistele:

1. Pikaajaline kasutusiga( klaviatuuri jaoks - 30 miljardit kliki).
2. Liikuvate osade( tahkis-elektroonika) puudumine, mis lihtsustab selgelt disaini, millel on kõrged nõuded vibratsioonidele ja löökidele.
3. Võime töötada magnetvälja muutmise sagedustel kuni 100 kHz.
4. Lihtne kombinatsioon digitaalsete tehnoloogiliste signaalide loogiliste tasemetega.
5. Lai töötemperatuuri vahemik( miinus 40 kuni 150 kraadi Celsiuse järgi).
6. Kõrge mõõtmise korratavus, mis muudab Hall anduritel põhinevate instrumentide lihtsaks taarimiseks.

Hall-andurid

Disain Töötamise ajal ilmnevad traditsiooniliselt pooljuhtmaterjalid - gallium ja indium-arseniid. Tavaliselt on Hall-andur väike plaat, mille vastaskülgedel on seotud elektroodid. Söötmine lai ja asub ristküliku küljel. Kui signaal on võetud - kõige lihtsam punkt. Igas skeemis märgitakse ühine punkt( neutraalne traat, neutraalne), kontaktide summa võrdub kolmega. Negatiivsed read ühendatakse.

eksperdid märgivad, et isegi kui elektroodidel ei ole magnetvälja, on tavaliselt väike signaal. See ei tulene meie planeedi mõjust, nagu lugejad arvavad. Plaadi külgserva potentsiaal on ebaühtlaselt jaotunud. Ja alati ei ole soovitav samaväärseid punkte tuvastada. Anduriga ühendatud elektroonikat on lihtsam taastada või juhtida punktimpulsside abil, mida sageli kasutatakse praktikas. Korrigeerimiseks kasutatakse sageli diferentsiaalvõimendeid( väljundiks on ainult signaali muutus).

anduri konstruktsiooni omadused Juhtkile paksus on tavaliselt väike, ulatudes vaevalt 10 mikronini. Sattumisel substraadile litograafia meetodil. See võimaldab teil luua väikese tundliku alaga Hall andureid, mis suuresti ja sageli suurendab mõõtmiste täpsust, sest pind on väike. Instrumentides kasutatakse seda mehhanismide osade hindamiseks. Kuid väikese suurusega andurid tuvastavad suhteliselt madala vastuse, mõõdetuna W / T-ga( kasuliku signaali väljundvõimsus sõltuvalt magnetvälja pingest).Seeriaheliandurite puhul on parameeter tavaliselt vahemikus 0,03 kuni 1.

Praktikas tundub see impulssgeneraatorina. Oletame, et pesumasina mootori võllil on mitu magnetit, kusjuures omakorda tekib teatud hulk piike. Selle tulemusena hinnatakse elektroonilisel täitmisel rootori pöörlemiskiirust, nurga asendit, mida kasutatakse näiteks ventiilimootorites( mähiste elektrooniline lülitus).

Tagastage ja selgitage, miks väikese Hall-anduri reaktsioon on nõrk. Loodud impulsside amplituud sõltub voolavast alalisvoolust, kuid see ei saa olla suur, vastasel juhul ülekoormab ja põletab juhtkile( millel on piisavalt suur vastupidavus).Seega kehtivad väärtused( amprites) vahemikus 5 kuni 50 mA.

Hall-andurite

rakendamine

1. Hall andureid kasutatakse koduseadmetes laialdaselt. Eriti ilus näide on pesumasinad. Kasutajad murdavad oma mõtteid, nagu ka arenenud mudelitel, kaalutakse pesu. Võrgustik sisaldab patente, mille puhul on tehtud ettepanek lahendada probleem vedrude või pingemõõturite abil. Sellised seadmed ei ole väga usaldusväärsed, ohtu pidevalt deformeeruda. Lisaks riputatakse paagile paar tellist, mis tähendab, et struktuuri kogumass on suur, mis seab piirangud. Praktikas pestakse pesumasinates pesu esmakordselt rohkelt, seejärel hinnatakse kogu mass trumli kiirenduse kiiruse järgi. See on pesu kaalumine, mis määrab täiendavalt kindlaks seadme tööprogrammi, pulbri, vee, loputamise.
2. Arvutiklaviatuurides sisenesid Hall andurid esmalt masstootmisse. Tavaliselt on substraadil tundlik element, võtmele on paigaldatud magnet. On selge, et tänapäeva klaviatuuri sees ei ole enam vedrusid ning elastne jõud on loodud kõrge kasutuseaga polümeeride poolt. Lahendus on äärmiselt edukas: mitte andur, mis laguneb ja mehaaniline osa ei ole elastne, kontroller ei toimi.
3. Hall andurit saab kasutada voolu mõõtmiseks( nagu praegustes tangides).Seade võib reageerida traati ümbritseva elektromagnetvälja muutustele. Luuakse nn ergastav mähis( induktiivsus vasktraadist).Mõõdetud vool suunatakse kraanidesse, mille tulemusena tekib elektromagnetiline laine, mille osa hindab Hall-andur. Vastus sõltub otseselt mõõdetud väärtusest. Arvutus toimub vastavalt kontrollerile kehtestatud valemitele. Täpsuse huvides on seadme kalibreerinud tootja. Eespool nimetatud eelised jäävad kõigepealt liikuvate osade puudumisele. Sarnaselt saab Hall andurite abil võimsust mõõta.
   

   Anduri

4. rakendamine DC-vahelduvvoolu muundamine on generaatori loomise näide. Kui Hall-andur on vahelduvas magnetväljas, siis väljundi pinge kordab kuju. Seadme efektiivsus ei ole kõrge. Kuid konstruktsioon on maksimaalselt lihtsustatud, on võimalik magnetvälja kuju vahetult üle viia elektrivoolu.
5. Seoses eespool kirjeldatud faktidega täheldame, et Hall andurid võimaldavad teil kontrollida patareide voolu ja täislaadimist( voolava voolu mõõtmine ja aja jooksul integreerimine).See põhjustab nende laialdase kasutamise võimaluse. Näiteks mobiiltelefone( kuni 37% turust).Kuid eksperdid usuvad, et kõige lootustandvam on elektrisõidukite segment, kus energia kättesaadavuse küsimus on väga oluline.
6. Maa magnetvälja olemasolu tõttu saab hall anduritel põhinevaid kompassi luua. Ainus probleem on see, et Tl väärtus on mandrite ja mandrite pinnal ebaühtlane ning korrektsioonimeetodite sisestamine on vajalik. Selle tulemusena töötavad mõnikord mobiilseadmete videokaamerate automaatsed pildistabilisaatorid.
7. Little on teada, kuid autotööstus moodustab Hall andurite vabastamisest 52% saagikusest. Selles tööstusharus on vaja mõõta rataste, väntvõlli ja nukkvõlli pöörlemiskiirust. Lugejad on juba arvanud, et Hall-andur aitab määrata gaasiklapi, roolimise positsiooni. Autoturg on muutunud seadmete edasise parandamise peamiseks liikumapanevaks jõuks. Mõned süsteemid loetakse turul tegelikuks standardiks( ASIC, ASSP, ESC / ESP jne) ning Hall andurid osalevad nendes aktiivselt.