Sensori - viena fiziska lieluma pārveidotāji citā (parasti elektriskajā) tiek plaši izmantoti mājsaimniecības un rūpniecības iekārtās. Bez tiem ir ļoti grūti, ja ne neiespējami, izmērīt, digitalizēt un apstrādāt tādus tehnoloģiskos parametrus kā spiediens un plūsma (gāze vai šķidrums), temperatūra, līmenis, magnētiskā vai elektriskā lauka stiprums utt. Viens no visplašāk izmantotajiem sensoriem ir Hall sensors – tos izmanto gan ikdienā (sākot ar viedtālruņiem vai portatīvajiem datoriem), gan sarežģītākajās industriālajās tehnoloģijās.
Saturs
Halles efekts - darbības princips
Šo efektu 1879. gadā atklāja amerikāņu fiziķis Edvins Hols un nosauca viņa vārdā.Parādības būtība ir tāda, ka, ja paņemat metāla plāksni un izlaižat caur to elektrisko strāvu (attēlā AB virzienā), un pēc tam iedarbojaties uz plāksni ar magnētisko lauku, piemēram, ar pastāvīgo magnētu, tad virzienā, kas ir perpendikulārs strāvas pārejai (CD attēlā), būs potenciāla starpība.
Šis efekts rodas Lorenca spēka dēļ, kas iedarbojas uz kustīgiem lādiņiem un pārvieto tos kustības virzienam perpendikulārā virzienā. Rezultātā plāksnes malās rodas potenciālu starpība, ko var izmērīt vai izmantot, lai iedarbinātu izpildmehānismus (iepriekš pastiprinot). Šī atšķirība ir atkarīga no:
- no plūstošās strāvas stipruma;
- no magnētiskā lauka stipruma;
- par brīvo lādiņnesēju koncentrāciju vadītājā.
Parādība nosaukta tās atklājēja vārdā – Hallas efekts.
Hallu sensoru veidi un izvietojums
Iepriekšējā gadsimtā atklātais efekts atrada praktisku pielietojumu. Pamatojoties uz to, tiek uzbūvēti magnētiskā lauka sensori. To priekšrocība ir tāda, ka tiem nav kustīgu un beržu elementu (atšķirībā no niedru slēdžiem), tāpēc to uzticamība ir daudz augstāka. Saskaņā ar jutīguma principu rūpnieciskie sensori Zāles ir sadalītas:
- unipolārs (reaģē tikai uz vienu magnētisko polu - ziemeļiem vai dienvidiem);
- bipolāri (ieslēdzas, ja tiek pakļauts vienas polaritātes magnētiskajam laukam, izslēdzas, ja tiek pakļauts pretējās polaritātes magnētiskajam laukam);
- omnipolāri - reaģē uz jebkādiem magnētu poliem.
Potenciālā starpība, ko rada magnētiskā lauka iedarbība uz kustīgiem lādiņiem, ir vienības, labākajā gadījumā desmitiem mikrovoltu. Praktiskai pielietošanai ar to nepietiek, potenciālā starpība ir jāpalielina. Šie pastiprinātāji ir iebūvēti tieši sensoru korpusā, un atbilstoši pastiprinātāja veidam ierīces tiek iedalītas divās klasēs.
- Analogs. Tajos spriegums pie sensora izejas ir proporcionāls magnētiskajam laukam (tas ir atkarīgs no magnēta stipruma un attāluma no tā). Izgatavoti uz darbības pastiprinātāja bāzes un tiek izmantoti magnētisko lauku mērīšanai.
- Digitāls. Pēc pastiprinātāja uzstādīšanas salīdzinātājs vai Šmita sprūda. Izejas spriegums, kad magnētiskā indukcija sasniedz noteiktu slieksni, lec no nulles uz augstu līmeni (parasti līdz barošanas sprieguma līmenim). Šādus sensorus izmanto, lai izveidotu magnētiskos relejus vai impulsu ģeneratorus. Pastiprinātais signāls no plāksnes tiek pielietots sliekšņa ierīcei. Kad tiek sasniegts iestatītais līmenis, sensors tiek iedarbināts. Sprūda līmeni var regulēt, mainot attālumu no sensora līdz magnētiskā lauka avotam.
Hall sensoru pielietojums
Visizplatītākais Hall sensora pielietojums ikdienā ir bezkontakta auto aizdedzes sistēmas. To priekšrocība ir mehānisko kontaktu grupu trūkums. Tas nozīmē, ka nav nodiluma, kontaktu nedeg, nav mehānisku bojājumu riska.
Sadales sistēmā ietilpst plāksne ar dzegas, ko darbina dzinēja kloķvārpsta, pastāvīgais magnēts un pats Hall sensors. Plāksnei griežoties, izvirzījumi stingri noteiktā brīdī, ko nosaka kloķvārpstas stāvoklis, iekrīt spraugā starp sensoru un magnētu, mainot magnētiskā lauka parametrus.Sensors ģenerē ar kloķvārpstas griešanos sinhronizētus impulsus, kas regulē sprieguma padevi augstsprieguma spolei vajadzīgajos laika punktos. Arī magnētiskā lauka sensori automašīnā tiek izmantoti, lai atpazītu kloķvārpstas stāvokli.
Vēl viens magnētiski jutīgu sensoru lietojums ir elektromotoru rotoru stāvokļa noteikšana. Releja elements ir uzstādīts uz motora statora un tiek aktivizēts, kad pols iet garām. Pēc šī principa jūs varat izveidot apgriezienu skaitītāju vai ātruma mērītāju.
Uz Hall efekta būvētās ierīces tiek izmantotas klēpjdatoros vai mobilajās ierīcēs – kā vāka aizvērtās pozīcijas indikators. Kad sensors tiek iedarbināts, dators pāriet miega režīmā vai izslēdzas. Un viedtālruņos viena no sensora funkcijām, kas reaģē uz Zemes magnētisko lauku, ir elektroniskā kompasa organizācija.
Analogie Hall sensori tiek izmantoti mērinstrumentos - kur nepieciešams novērtēt magnētiskā lauka līmeni. Tie ir neaizstājami bezkontakta strāvas stipruma mērīšanai vadītājā. Kā jūs zināt, kad strāva iet caur vadītāju, ap to rodas magnētiskais lauks. Tās intensitāte ir atkarīga no strāvas stipruma. Ja strāva ir maiņstrāva, tad lauku var izmērīt citos veidos (piemēram, ar strāvas transformatoru), bet ar līdzstrāvu ir nepieciešams Hola sensors. Līdzstrāvas skavas darbojas pēc šī principa.
Eksotiskākais Hall efekta pielietojums ir jonu raķešu dzinēju uzbūve pēc tā principa.
Kā pārbaudīt Hall sensora veiktspēju
Lai pārbaudītu sensoru, varat salikt vienkāršu ķēdi, kurai papildus pašam sensoram jums būs nepieciešams:
- barošanas avots vēlamajam spriegumam;
- rezistors ar pretestību aptuveni 1 kOhm;
- Gaismas diode;
- magnēts.
Ja LED nav, tad tā vietā (un strāvu ierobežojošā rezistora) vietā varat izmantojiet multimetru (digitāls vai rādītājs) sprieguma mērīšanas režīmā.
Barošanas avotam nav īpašu prasību - strāvas ķēdē ir ļoti mazas. Tās spriegumam jāatbilst pārbaudāmā sensora barošanas spriegumam. Gaismas diode ir savienota ar anodu ar sprieguma avota plusu, katodu - ar pārbaudāmās ierīces izeju, jo sensors parasti tiek izgatavots ar atvērtu kolektoru (bet labāk to pārbaudīt datu lapā).
Pārbaudes procedūra ir atkarīga no pārbaudāmās ierīces veida.
- Lai pārbaudītu unipolāru digitālo sensoru, jums ir jāpievieno magnēts ar vienu polu. LED vajadzētu iedegties (rādītāja voltmetra bultiņa novirzās vai digitālā testera rādījumi pēkšņi mainās). Kad magnēts tiek noņemts ievērojamā attālumā, ķēdei jāatgriežas sākotnējā stāvoklī. Ja sensors nedarbojas, magnēts ir jāapgriež ar otru polu un jāatkārto procedūra. Ja gaismas diode mirgo, sensors darbojas. Ja nevienā magnēta pozīcijā panākumi netika gūti, ierīce nav lietojama.
- Bipolārais digitālais sensors tiek pārbaudīts, izmantojot līdzīgu paņēmienu, tikai LED iedegas vienā magnēta pozīcijā un nenodziest, kad tiek noņemts magnētiskā lauka avots. Ķēdei nevajadzētu reaģēt uz turpmākām manipulācijām ar to pašu stabu. Ja pagriežat magnētu un novietojat to pie sensora pretējā polaritātē, gaismas diodei vajadzētu izslēgties. Tas norāda pārbaudāmās ierīces stāvokli.Ja ķēde nedarbojas, sensors nav kārtībā.
- Omnipolārais digitālais Hall sensors tiek testēts tāpat kā vienpolārs, taču magnētiski jutīgajai ierīcei jādarbojas jebkurā magnēta pozīcijā.
Analogos sensorus pārbauda tāpat kā digitālos, taču izejas spriegumam nevajadzētu mainīties pēkšņi, bet vienmērīgi, palielinoties magnētiskajam spēkam (piemēram, tuvojas pastāvīgais magnēts vai palielinās strāvas stiprums elektromagnēta tinumā).
No praktiskā viedokļa interesants ir jautājums par to, kā pārbaudīt Hola sensoru, kas uzstādīts automašīnas bezkontakta aizdedzes sistēmā. Lai to izdarītu, noņemiet savienotāju no sensora un salieciet norādīto ķēdi tieši uz tapām.
Šeit jūs varat arī aizstāt LED ar multimetru. Manuāli griežot automašīnas kloķvārpstu, var novērot periodiskus gaismas diodes mirgoņus vai izejas sprieguma izmaiņas no nulles līdz aptuveni automašīnas elektriskās sistēmas spriegumam. Alternatīvs veids, kā pārbaudīt garāžā, ir īslaicīgi nomainīt ierīci ar zināmu labu rezerves sensoru.
Hall sensors ir atradis plašu pielietojumu sadzīves un rūpniecības iekārtās. Nav grūti pārbaudīt tā izmantojamību, ja ir izpratne par tā darbības principu.
Līdzīgi raksti:
