Halleffektsensor
Halleffektsensorer detekterar magnetfältets styrka och riktning för en permanentmagnet eller elektromagnet. Halleffektsensorns utsignal är en funktion av dess magnetfält och kan detektera såväl positiva som negativa magnetfält.
Arbetsprincip för Hall Effect Sensor
Ett externt magnetfält aktiverar halleffektsensorer. Magnetiska fält representeras med flödestäthet (B) och av dess magnetiska poler, såsom antingen nordpolen eller sydpolen. Magnetismen runt halleffektsensorn bestämmer dess utsignal. När den omgivande magnetiska flödestätheten överstiger ett förutbestämt tröskelvärde, alstrar sensorn en Hall-spänning, VH.
Halvledarsensorer är halvledare av p-typ som galliumarsenid (GaAs), indiumarsenid (InAs) och indiumantimonid (InSb) som leder likström. Halvledarmaterialet upplever en kraft i närvaro av magnetfält, vilket gör att både elektroner och hål rör sig till sidorna av halvledarskiktet. När elektroner och hål rör sig till vardera sidan, utvecklas en potentialskillnad mellan de olika sidorna av halvledarna. I platta rektangulära material har ett externt magnetfält vinkelrätt mot halvledarmaterialet en större effekt på elektronrörlighet.
Halleffekten visar den magnetiska poltypen och dess fältstyrka. Till exempel finns det en spänning vid en av magnetens poler, men inte vid den andra. Halleffektsensorer är vanligtvis 'av' och fungerar som en öppen krets när det inte finns något magnetfält. De stängs endast under ett starkt polariserat magnetfält (sluten krets).
Halleffekt magnetiska sensoregenskaper
Hallspänningen (V H ) hos halleffektsensorn är en funktion av dess magnetiska fältstyrka (H). De flesta kommersiella halleffektenheter inkluderar DC-förstärkare, logiska kopplingskretsar och spänningsregulatorer i dem för att förbättra sensorns känslighet och utspänningar. Detta gör att halleffektsensorn kan hantera mer kraft och magnetfält.
Halleffekt magnetisk sensorkretsdiagram
De semiaktiva sensorerna har linjära eller digitala utgångar. Utspänningen från den linjära sensorn relaterar direkt till det magnetiska fältet som strömmar genom hallsensorn och matas ut av en operationsförstärkare.
Halleffektens spänningsekvation
Utspänningsekvationen ges av:
Här, V H betecknar hallspänningen, R H betecknar halleffektkoefficienten, jag betecknar strömmen, t betecknar tjockleken och B står för den magnetiska flödestätheten. Linjära eller analoga sensorer producerar en konstant spänning som ökar med starkare magnetfält och minskar med svagare fält. I en halleffektsensor, när styrkan på magnetfältet ökar, ökar utsignalen från förstärkaren tills strömförsörjningen mättas. Att öka magnetfältet gör att utsignalen mättas men har ingen effekt:
När hallsensorns utsignal överstiger en förutbestämd nivå av magnetiskt flöde som flödar genom den, växlar kontakterna snabbt från 'stängt' tillståndet 'öppet' utan att studsa. Denna inbyggda hysteres förhindrar att utsignalen oscillerar när sensorn rör sig in i magnetfältet. Detta innebär att den digitala utgångssensorn endast har 'på' och 'av' tillstånd.
Typer av halleffektsensorer
Halleffektsensorer kan vara av två typer: bipolära halleffektsensorer och unipolära halleffektsensorer. Unipolära sensorer kan fungera och ladda ur när de går in i och ut ur ett magnetfält med samma sydmagnetiska pol, medan bipolära sensorer kräver både positiva och negativa magnetfält för att fungera och ladda ur. På grund av deras 10-20mA utgångskapacitet kan de flesta halleffektenheter inte direkt koppla om höga strömbelastningar. För kraftiga strömbelastningar läggs en NPN-transistor till utgången med ett öppet kollektorarrangemang.
Tillämpningar av Hall-effektsensorerna
Halleffektsensorerna slås PÅ i närvaro av magnetfält och de styrs av en enda permanent typ av magnet på en rörlig axel eller gadget. För att maximera känsligheten måste de magnetiska flödeslinjerna vara vinkelräta mot sensorfältet och med rätt polarisation i alla konfigurationer.
1: Head on Detection
Det kräver att magnetfältet är vinkelrätt mot halleffektdetektorn, som visas nedan:
Denna teknik producerar en utsignal, V H , som mäter den magnetiska flödestätheten i linjära enheter som en funktion av avståndet från halleffektsensorn. Utspänningen ökar med magnetfältets styrka och dess närhet.
2: Sidoavkänning
Det kräver ett indirekt magnetiskt flöde medan magneten rör sig i sidled över halleffektelementet.
Sido- eller rörliga sensorer kan mäta hastigheten hos roterande magneter eller motorer genom att detektera magnetfältet som glider på ytan av Hall-elementet på ett visst avstånd från luftgapet.
En positiv eller negativ linjär utspänning kan produceras beroende på positionen för magnetfältet som passerar genom sensorns nollfältscentrumlinje. Den bestämmer vertikala och horisontella rörelser.
3: Positionskontroll
Positionsdetektorn förblir i avstängt läge när det inte finns något magnetfält. Så snart magnetens sydpol rör sig i en vinkelrät riktning mot närheten av halleffektsensorn, slås enheten på och lysdioden lyser. När den är påslagen är halleffektsensorn i läget 'ON'.
För att stänga av lysdioden måste magnetfältet sjunka under sin lägsta detekterbara triggningspunkt, eller det kan också konfronteras med den motsatta nordpolen med negativt gaussvärde.
Slutsats
Halleffektsensorerna används för att detektera riktning såväl som styrkan hos magnetfält. De används i en mängd olika applikationer, inklusive fordon, närhetsavkänning, front-mot-, sidleds- och positionsdetektering för olika magnetfält.