Hall effekt

Hall-effekten er fenomenet ved forekomsten av en potensiell forskjell ved kantene av en metallplate under virkningen av et magnetfelt når en elektrisk strøm passerer gjennom den. I dag brukes den i tastaturer, vaskemaskiner, biler. En interessant artikkel om Hall sensorer.

Historien om oppdagelsen av

-effekten På oppdagelsen av Edwin Hall av en slik spesifikk effekt er lite kjent. Av en eller annen grunn diskuteres ikke en så viktig begivenhet i litteraturen. Avsnittet om Hall-sensorer nevner at Edwin gjorde viktige observasjoner under doktorgraden ved Johns Hopkins University i Baltimore. Hendelsen skjedde i 1879.Dette er alt som finnes i litteraturen om opprinnelsen til den store oppdagelsen.

Nevnt kilde, ikke så diskutert. Dette er et notat datert 19. november, i høst American Journal of Mathematics of 1879( bind 2, nr. 3).Edwin snakker på side 287-292 av utgaven:

"Det siste året har jeg studert mye Maxwell Electricity og magnetisme, forelesninger av Professor Rowland. Separate linjer treffer spotlights!"Det er nødvendig å nøye merke til det faktum at kraften som virker på en leder med strøm, plassert over magnetfeltlinjer, påføres direkte på materialet. Og hvis du bruker spenning til en disk eller en væske, vil materialet begynne å bevege seg lydig til innflytelsen fullt, og bevegelsens art kan være i overensstemmelse med formen av den elektriske strømmen, eller være i dissonans med den. En konstant magnetisk kraft virker på strømmen av ladede partikler. Hvis nåværende var i stand til å velge banen gjennom tykkelsen av materialet, så etter en tid ville det gå tilbake til forrige bane. EMF fra kilden blir den eneste virkelige drivkraften. "

Den unge forskeren kom til tankene at linjene er direkte i konflikt med noen allerede kjente fenomener. Av den enkle grunnen at kraften som virker på en ledning med en strøm, avhenger av strømmen av ladningene. I motsetning henger form og konfigurasjon av materialet til en liten verdi. I sin tur forklares samspillet mellom kostnadene av deres størrelse og tegn, som har vært kjent siden Charles Coulombs dager.

Etter Maxwells skrifter kommer Edwins notat om Unipolar Induction( Annales de Chemie et de Physique, januar 1879) over Edwin Halls øyne. Teksten viste at magneten virker på en fast leder med en strøm av tilsvarende kraft, som om den var fritt suspendert. Hall videresendte spørsmålet til professor Rowland og mottok som svar en beskjed om ansettelsen av en stipendiat for øyeblikket. Edwin hadde til rådighet en tanke verdig til en gåte. Sammen med Professor Hall utviklet han en metodikk for eksperimentet:

Hvis strømmen ikke opprettholder en konstant bevegelsesvei langs ledningen under virkningen av et magnetfelt, vil belastningsdensiteten til den ene siden bli høyere. Som naturlig øker motstanden til lederen. Derfor gjenstår det å bruke Ohms lov til å teste hypotesen.

En flat wire helix( omtrent halv millimeter i diameter) av nikkel sølv( som ligner en Tesla-spole) med en total motstand på 2 ohm, sandwichet mellom to tykke gummi pads, ble valgt for å gjennomføre eksperimentet. Ark bestemte seg for å plassere mellom de to polene av en magnet på et stort område. Slik at linjene i feltstyrken ved hvert punkt er vinkelrett på strømstrømmen. Elektromagneten ble drevet av 20 Bunsen-elementer forbundet i 4 påfølgende kjeder med 5 grener. Den resulterende intensiteten oversteg titusenvis av ganger den horisontale delen av jordens magnetfelt.

En måling av Whitston-broen ble brukt som en sensor, hvor diagonalen inneholdt et galvanometer av Lord Kelvins design. Den tekniske løsningen i henhold til foreløpige data registrerte endringen i motstanden til helixen i en millionste av den totale verdien. Fra 7. til 11. oktober gjorde Edwin Hall 13 eksperimenter, hver bestående av 40 målinger:

1. Resistance Measurement med magneten på.
2. På samme måte som magneten slått av.
3. P. 1 med en forandring i polariteten til linjene i magnetfeltet.
4. Gjentar punkt 2.

målinger har vist at magnetfeltet kan redusere og øke motstanden. Maksimal økning var femten hundre, gjennomsnittlig verdi på grunnlag av forsøkene viste seg å være mye mindre( fem ppm).Det ble klart at handlingene ikke var nok til å gjøre visse uttalelser. Det er åpenbart at gjeldende ikke er kjent som inkomprimerbar substans, som det ble antatt før. Det var nødvendig å forstå hvorfor resultatene av de første forsøkene er så forskjellige i betydning og retning av endring i motstand.

Den første Hall-sensoren

Den første Hall-sensoren ble designet av Professor Rowland. I samme form som enheten brukes i dag.Å se at Edwins eksperimenter( og hans eget) ikke fører til resultatet, foreslo foreleseren en gammel modell av eksperimentet gjennom årene( Hall-sensorens utforming er beskrevet):

1. En ledende disk( eller en plate av annen form) er slått på i den elektriske kretsen.
2. Ved hjelp av et galvanometer er to potensialpunkter plassert på sidene av figuren.
3. Elektromagneten er slått på, hvor feltstyrke linjene ligger i et plan vinkelrett på disken.
4. Registrerer endringer i galvanometerets målinger.

. Det skulle oppdage tegn på endring når dagens strømningsforhold endrer seg. Forsøket brukte Hall-sensoren i dagens ytelse, men opplevelsen mislyktes. Det antas at for mye tykkelse på disken er å klandre. Professoren brakte dette til Edwins oppmerksomhet og ga uttrykk for at situasjonen er repairable hvis vi bruker et tynt gullark montert på en glassbase( for å forhindre at metallet deformerer feltet).Opplevelsen av 28. oktober, som var helt vellykket, var i stand til å fikse en stabil avbøyning av galvanometernålen under virkningen av et magnetfelt på en plate med en strøm.

Og selv om bevegelsen viste seg å være permanent, forsvant den raskt, det var umulig å tildele dette til magnetisk induksjon( fra Faradays eksperimenter).Hurtig utelukket feilen introdusert av feltet av elektriske solenoider. I horisonten er det klart truende funn. Det er bemerkelsesverdig at effekten var omvendt ettersom magnetens polaritet endret seg. For å fastslå kvantitative avhengigheter ble enheten litt forbedret:

• Sterk kontakt av strømkilden ble gitt på hver side med messingplater, godt polert og forsiktig loddet til gull( 9x2 cm).
• Et rent metall gjenstår i midten: et område på 5,5 cm i lengde og over hele bredden. Her passerte magnetfelter gjennom gull.
• Thomson høyresistente galvanometerkontakter nærmet seg kantene like høyt fra messingplatene.

Under forsøket ble magnetfeltet på magnetene, strømmen gjennom platen og galvanometeret målt. Resultatet ble registrert i form av et bord som presenteres i figuren, og viste at Edwin Hall klarte å få de første mønstrene. Det skjedde den 12. november 1879.Til tross for at uttrykket til høyre har verdier som varierer med 8%, er det åpenbart at rekkefølgen på tallene er den samme. Og vi vil avskrive avvikene på feilene til eksperimenter og utstyr.

Eksakte verdier er ikke alltid viktige. I dag er Hall sensorer aktivt brukt som indikatorer på fravær eller nærvær av et magnetfelt. For eksempel i tastaturer eller motorer av vaskemaskiner.

Bruk av Hall Effect i praksis

Allerede sa( se Hall sensorer) at de første industrielle bruksområder av Hall effekten fant veien inn i livet i andre halvdel av det 20. århundre. I dag er litt over halvparten av segmentandelen i bilindustrien. Nærmere bestemt kommer avanserte teknologier på andre områder derfra. For eksempel ASIC og ASSP moduler. Ledende rolle i det tiende året av det 21. århundre tilhører Asahi Kasei Microsystems( AKM), som leverer kompasser for mobile enheter basert på Hall-effekten. Blant de industrielle gigantene merker vi Micronas, Infineon, Allegro, Melexis. Blant magnetfeltsensorene basert på Hall-effekten, opptar en æresandel på 87%.

Ofte er sensoren inkludert i brikken. Den historiske forfederen er CMOS-serien. På grunnlag ble sensorer integrert i krystallet frigjort for å måle vinkelen på gass-, styrings-, distribusjons- og vevakselrotasjonshastigheten. Teknologien er av stor betydning når det gjelder ventilmotorer, hvor viklingene må slås på en bestemt måte i henhold til rotorens vinkelstilling. Måling av feltets størrelse involverte de nyeste 3D-sensorene som bestemmer vinkel og lineær posisjon for magnetsystemet. Tidligere ble fakta om tilstedeværelse eller fravær av et objekt i sikte registrert. Dette er nødvendig for vellykket konkurranse med magnetoresistiv teknologi.

I dag regnes programmerbare konstruksjoner som den nyeste mote, hvor forskjellige funksjoner inngår ved hjelp av kode. Sensorer kan brukes på ulike måter. For eksempel, i henhold til den gjensidige posisjonen til det følsomme området og magneten, er det moduser:

1. Frontal. I dette tilfellet er magneten rett overfor sensoren, beveger seg bort fra den eller nærmer seg i en rett linje. Feltet avhenger kvadratisk på avstanden, og loven av utgangssignalet fra avstanden ligner en hyperbole. Denne modusen kalles unipolar, spenningen kan ikke endre retning.
2. Slip. I dette tilfellet er det et mellomrom mellom den følsomme puten og magneten. Denne koordinaten forblir uendret. En magnet kan glide parallelt med sensoren på samme akse. Feltet i dette tilfellet endres ikke, og avhengigheten av utgangssignalet på koordinaten ligger nær den gaussiske distribusjonen. Spenningsretningen endres ikke, derfor kalles modusen også unipolar.
3. Bipolar Glide. Noen ganger er det nødvendig å finne ut hvilken retning magneten har avbøyet. Og ikke bare avgjøre avstanden. I dette tilfellet er magneten brukt hestesko. Følgelig produserer polene svar på forskjellige polariteter. Hva ga navnet til regimet.

Disse modusene brukes jevnlig i kombinasjon. For eksempel, når du må nøyaktig plassere magneten i forhold til sensorer( ved hjelp av aktuatorer), øker følsomheten til utstyret med en bratt karakteristisk karakter av avhengigheten av utgangssignalet på koordinatene. Trebånds magneter med vekslende poler brukes. De ekstreme nedgangene i grafen er milde, og den sentrale toppen er uttalt. Hva oppnås nøyaktig posisjonering av systemet.

For å styrke spenningslinjene, og gi en tydelig definert retning, brukes poletips. Disse er metallstykker fra myke ferromagnetiske legeringer. Når magneten nærmer seg, begynner linjene å streve mot stedet, og danner et gap hvor de forblir rakte. Hvis du plasserer Hall-sensoren der, øker følsomheten til systemet betydelig. Til samme formål brukes biasmagneter, som forblir på plass og ikke forårsaker uavhengig aktivering. Når den bevegelige delen nærmer seg, øker densiteten av magnetfeltet kraftig. Dette forenkler utløsningen og reduserer følsomhetskravene til sensoren.

Legg til at strukturen til utgangssensorsensorene er analog og digital. I sistnevnte tilfelle er systemet enkelt tilpasset med automatisering, og det målte signalet mister ikke lenger nøyaktighet, overføres til behandling.