Hall -anturi: laite, toimintaperiaate ja tarkoitus

Magneettiset Hall -anturit ovat yleisiä nykyaikaisissa olosuhteissa, ja niitä käytetään paitsi erikoistuotteissa myös tavallisissa kodinkoneissa. Useimmat käyttäjät eivät edes epäile, mitkä arkaluontoiset elementit toimivat esimerkiksi puhelimessaan ja mitä ne voidaan asentaa paitsi elektronisiin laitteisiin myös ajoneuvoihin (autoon tai moottoripyörä). Tässä artikkelissa tarkastelemme Hall -anturin rakennetta, toimintaperiaatetta ja tarkoitusta.

Toimintaperiaate ja tyypit

Anturien käyttö eri laitteissa (erityisesti tabletissa) selittyy niiden kyvyllä reagoida kentän muutoksiin ja sammua, kun kotelon magneettinen kansi suljetaan. Tämän ominaisuuden ansiosta ne asennetaan myös pesukoneisiin, jolloin voit hallita rummun pyörimisnopeutta. Yksinkertaisesti sanottuna tässä Hall -anturia käytetään kierroslukumittarina.

Historiallinen viite

Tämän elementin toiminnan ymmärtämiseksi tarvitaan vähän historiaa. Vuonna 1879 yhdysvaltalainen fyysikko Hall löysi mielenkiintoisen ilmiön, joka liittyy johtimen käyttäytymiseen magneettikentässä olevan virran kanssa. Testi osoitti, että jos virta johdetaan magneettien väliin sijoitetun kuparilevyn läpi, sen sivupinnoille ilmestyy potentiaaliero. Herää luonnollinen kysymys: kuinka tarkistaa tämä jännite kotona?

Kävi ilmi, että käytännössä se voi olla mittaa yleismittarilla tai mikä tahansa muu laite asianmukaisissa rajoissa. Sama voidaan tehdä millä tahansa sopivalla testerillä tai vastaavalla laitteella.

Mittarin kytkeminen vahvistaa, että magneettikentän vaikutuksesta liikkuvat elektronit ovat taipuneet sivulle (kohtisuorassa niiden liikesuuntaan nähden).

Tärkeä! Tämän poikkeaman tai potentiaalierojen suuruus on verrannollinen magneettien "tehoon" ja levyn läpi kulkevan virran voimakkuuteen.

Tämän perusteella Hall päätteli, että tällainen johdin on hyvä tapa mitata magneettikenttä. Hall -anturiksi kutsutun erityisen herkän elementin toiminta perustuu tähän vaikutukseen. Kun olet selvittänyt, miten se toimii kussakin tietyssä laitteessa, voit olla varma sen toimintaperiaatteen lopullisesta assimilaatiosta.

Luokitus

On tärkeää ymmärtää, mitkä Hall -anturit ovat ja millä periaatteella ne yleensä luokitellaan. Hallin anturilla voi olla erilaisia ​​malleja työn erityispiirteiden ja sitä varten, mitä sitä tarvitaan tai mihin tarkoitukseen sitä tarvitaan. Yksi lajikkeista on analogiset laitteet, jotka tuottavat jatkuvan signaalin lähdössä.

Päinvastoin kuin digitaalisella elementillä on vain kaksi erillistä tilaa ("nolla" ja "yksi"). Tämäntyyppinen laite voi olla yksinapainen tai kaksisuuntainen. Ensimmäinen käynnistyy, kun havaitaan minkä tahansa napaisuuden kenttä, ja sammuu, kun se katoaa. Toisin sanoen yksinapainen digitaalinen anturi reagoi vain magneettisen jännityksen puuttumiseen tai läsnäoloon. Kunkin alalajin tarkastellut ominaisuudet auttavat myös ymmärtämään, mikä se on - Hall -anturi.

Unipolaariset anturit siirtyvät "ykseyteen" vain, kun kenttä saavuttaa kynnystason ja eivät pysty määrittämään sen läsnäoloa heikoilla jännitteillä. Tämä ominaisuus on tällaisten laitteiden merkittävä haitta, mikä rajoittaa merkittävästi niiden soveltamisalaa. Bipolaarinen anturi käynnistyy ottaen huomioon magneettikentän napaisuus, joista toinen kytkee sen päälle ja toinen sammuttaa sen.

Tämän luokan laitteiden perinteinen graafinen merkintä on esitetty alla olevassa kuvassa:

Laite ja esimerkkejä käytöstä

Yksinkertaisin Hall -anturinen järjestelmä sisältää seuraavat osat:

1. Kestomagneetti (sen tehtävänä on luoda magneettikenttä).
2. Liikkuva roottori, jossa on terät tai hampaat.
3. Erityinen sauva, joka on valmistettu magneettisesta materiaalista (magneettinen ydin).
4. Muovikotelo.

Lisäksi anturin tekniset ominaisuudet mahdollistavat mittausprosessiin osallistuvien mikropiirien käytön.

Tämän laitteen toimintaperiaate on mahdollista ymmärtää, jos tutustut yksityiskohtaiseen kaavioon Hall -anturin kytkemisestä mittausalueelle. Liitäntäkaavio ja anturin toiminnan ydin voidaan esittää seuraavasti:

• Magneettipiirin puolikkaiden muodostamassa raossa metalliroottorin siivet liikkuvat.
• Kun ne pyörivät, magneettivirta vaihtuu määräajoin.
• Sisäänrakennettu mikropiiri mahdollistaa nollainduktioindeksin määrittämisen (näissä hetkissä jännite sen ulostulossa on suurin).
• Tällaisten purskeiden taajuutta, laskettuna samalla mikropiirillä, käytetään ohjattavan kohteen (esimerkiksi moottoripyörän moottoriakselin) pyörimisnopeuden arvioimiseen.

Jotta tämä prosessi etenee normaalisti, kun anturi on kytketty mittauspiiriin, tämän näytteen pistoke on otettava huomioon (se voi olla erilainen).

Yhteenvetona tarkastellusta järjestelmästä on oletettava, että tämän luokan anturit pystyvät mittaamaan minkä tahansa liikkuvan ajoneuvon kampiakselin pyörimisnopeuden. Anturin monipuolisuus, joka ei sulje pois mahdollisuutta asentaa se esimerkiksi skootteriin, mahdollistaa Hall -anturin käytön paitsi monimutkaisissa teknisissä laitteissa myös tavallisissa kodinkoneissa.

Käyttö sytytysjärjestelmissä ja pesukoneissa

Kun Hallin anturia käytetään auton sytytysjärjestelmässä, sitä voidaan käyttää jakajan avaushetken tallentamiseen. Tässä tapauksessa se toimii analogimuuntimena, joka määrittää sisäisen virtalähteen katkeamisen hetkessä. Sen käyttö pesukoneen työmoduuleissa perustuu samaan periaatteeseen, jonka avulla pyykin painon kasvu voidaan määrittää rummun pyörimisnopeudella.

Hall -anturit on asennettu joihinkin mittauslaitteiden näytteisiin. Useimmiten ne on varustettu kosketuksettomilla puristimilla, joita käytetään johtimien virran mittaamiseen. Sisäänrakennettu laite reagoi virtakaapelin ympärillä syntyvän sähkömagneettisen kentän muutoksiin. Lisäksi se sopii sähköpyörän kaasukahvaan, jolloin voit hallita sen pyörimiskulmaa.

Kotimaisessa ympäristössä

Tietokoneen näppäimistöissä nämä laitteet tarjoavat kontaktittoman tavan lukea tietoja. Anturi, joka on osa kotitaloustietokoneen jäähdytintä, pystyy ohjaamaan roottorin käämien napaisuutta eli muuttamaan sen pyörimissuuntaa.

Kun käytät tällaista elementtiä erityisesti älypuhelimessa, se varmistaa, että laite sammuu, kun se asetetaan koteloon, jossa on "magneettinen" kiinnike.

Kun otetaan huomioon Hall -antureiden käyttöalue yksinkertaisilla sanoilla, voimme sanoa, että sen käyttö teknisellä alalla on käytännössä rajaton. Esimerkiksi elektronisessa suunnittelija Arduinossa on sarja, jossa on tällainen anturi, joka mahdollistaa Hall -vaikutelman havainnollistamisen käytännössä.

Tämä ei ole ainoa opettavainen käyttötapaus, joka auttaa aloittelevia käyttäjiä ymmärtämään kenttäantureiden liittämisen ja käytön.

Lopuksi huomaamme, että Hall -antureiden haittapuolia ovat niiden herkkyys sähkömagneettisille häiriöille, joita esiintyy usein työpiireissä. Lisäksi monimutkaisten elektronisten moduulien käyttö laitteen suunnittelussa vaikuttaa jossain määrin sen luotettavuuteen ja heikentää sitä jonkin verran. Näitä anturin haittoja ei pidetä sen virheinä, vaan ne otetaan yksinkertaisesti huomioon työskenneltäessä laitteiden kanssa.

Nyt tiedät, mikä Hall -anturi on, miten se toimii ja miksi tarvitset sitä. Toivomme, että annetut tiedot olivat hyödyllisiä ja mielenkiintoisia!

Aiheeseen liittyviä materiaaleja:

• Mikä on punnituskenno ja miten se toimii
• Mitä rajakytkimet ovat?
• Mitä eroa on vaihtovirralla ja tasavirralla?