Sensore di Hall: dispositivo, principio di funzionamento e scopo

I sensori di Hall magnetici sono molto diffusi nelle condizioni moderne e vengono utilizzati non solo in prodotti specializzati, ma anche nei normali elettrodomestici. La maggior parte degli utenti non sospetta nemmeno quali elementi sensibili funzionino nel proprio telefono, ad esempio, e cosa possono essere installati non solo nelle apparecchiature elettroniche, ma anche nei veicoli (in auto o motociclo). In questo articolo esamineremo la struttura, il principio di funzionamento e lo scopo del sensore Hall.

Principio di funzionamento e tipi

L'uso di sensori in vari dispositivi (in un tablet, in particolare) è spiegato dalla loro capacità di reagire ai cambiamenti di campo e di spegnersi quando il coperchio magnetico della custodia è chiuso. Grazie a questa proprietà, vengono installati anche nelle lavatrici, consentendo di controllare la velocità di rotazione del cesto. In parole povere, qui il sensore di Hall viene utilizzato come tachimetro.

Riferimento storico

Per capire come funziona questo elemento è necessaria un po' di storia. Nel 1879, il fisico americano Hall scoprì un interessante fenomeno associato al comportamento di un conduttore con una corrente in un campo magnetico. Il test ha mostrato che se una corrente passa attraverso una piastra di rame posta tra i magneti, appare una differenza di potenziale sulle sue facce laterali. Sorge una domanda naturale: come controllare questa tensione a casa?

Si è scoperto che in pratica può essere misurare con un multimetro o qualsiasi altro dispositivo entro i limiti appropriati. Lo stesso può essere fatto con qualsiasi tester adatto o dispositivo simile.

Il collegamento del misuratore conferma che gli elettroni in movimento sotto l'influenza del campo magnetico vengono deviati lateralmente (perpendicolarmente alla direzione del loro movimento).

Importante! L'entità di questa deviazione o differenza di potenziale è proporzionale alla "potenza" dei magneti e alla forza della corrente attraverso la piastra.

Su questa base, Hall ha concluso che un tale conduttore è un buon mezzo per misurare il campo magnetico. Su questo effetto si basa il funzionamento di uno speciale elemento sensibile chiamato sensore di Hall. Avendo capito come funziona in ogni dispositivo specifico, puoi essere sicuro dell'assimilazione finale del suo principio di funzionamento.

Classificazione

È importante capire cosa sono i sensori di Hall e in base a quale principio vengono solitamente classificati. A seconda delle peculiarità del lavoro e di ciò che serve o per scopo, il sensore di Hall può avere vari design. Una delle varietà sono i dispositivi analogici che producono un segnale continuo in uscita.

Al contrario, un elemento digitale ha solo due stati discreti ("zero" e "uno"). Questo tipo di dispositivo può essere unipolare o bipolare. Il primo si attiva quando viene rilevato un campo di qualsiasi polarità e si spegne quando scompare. Cioè, il sensore digitale unipolare reagisce solo all'assenza o alla presenza di tensione magnetica. Le caratteristiche considerate di ciascuna sottospecie aiutano anche a capire di cosa si tratta: un sensore Hall.

I sensori unipolari passano a "unità" solo quando il campo raggiunge un livello di soglia e non sono in grado di determinarne la presenza a tensioni deboli. Questa proprietà è uno svantaggio significativo di tali dispositivi, che limita in modo significativo l'ambito della loro applicazione. Il sensore bipolare si attiva tenendo conto della polarità del campo magnetico, uno dei quali lo accende e l'altro lo spegne.

La designazione grafica convenzionale dei dispositivi di questa classe è mostrata nella foto sotto:

Dispositivo ed esempi di utilizzo

Il sistema più semplice con sensore Hall comprende i seguenti elementi:

1. Magnete permanente (la sua funzione è quella di creare un campo magnetico).
2. Rotore mobile con lame o denti.
3. Un'asta speciale in materiale magnetico (nucleo magnetico).
4. Contenitore di plastica.

Inoltre, le caratteristiche tecniche del sensore prevedono l'uso di microcircuiti coinvolti nel processo di misurazione.

È possibile comprendere il principio di funzionamento di questo dispositivo se si acquisisce familiarità con lo schema dettagliato dell'accensione del sensore Hall nell'area di misurazione. Lo schema di collegamento e l'essenza del funzionamento del sensore possono essere presentati come segue:

• Nello spazio formato dalle metà del circuito magnetico, le pale metalliche del rotore si muovono.
• Quando ruotano, il flusso magnetico viene periodicamente deviato.
• Il microcircuito integrato prevede la determinazione di un indice di induzione zero (in questi momenti, la tensione alla sua uscita è massima).
• La frequenza di tali esplosioni, calcolata dallo stesso microcircuito, viene utilizzata per valutare la velocità di rotazione dell'oggetto controllato (ad esempio l'albero motore di una motocicletta).

Affinché questo processo proceda normalmente, quando il sensore è collegato al circuito di misura, è necessario tenere conto del pinout di questo campione (può essere diverso).

Riassumendo lo schema considerato, si dovrebbe presumere che i sensori di questa classe siano in grado di misurare la velocità di rotazione dell'albero motore di qualsiasi veicolo in movimento. La versatilità del sensore, che non esclude la possibilità della sua installazione in uno scooter, ad esempio, consente di utilizzare il sensore Hall non solo in dispositivi tecnici complessi, ma anche nei normali elettrodomestici.

Applicazione in impianti di accensione e lavatrici

Quando si utilizza un sensore Hall nel sistema di accensione di un'auto, è possibile fissare il momento in cui si apre il distributore. In questo caso funge da convertitore analogico, che determina l'istante di interruzione dell'alimentazione di bordo. Il suo utilizzo nei moduli di lavoro della lavatrice si basa sullo stesso principio, che consente di determinare l'aumento del peso della biancheria in base alla velocità di rotazione del cesto.

I sensori di Hall sono installati in alcuni campioni di apparecchiature di misurazione. Molto spesso, sono dotati di pinze senza contatto utilizzate per misurare la corrente nei conduttori. Il dispositivo integrato reagisce alle variazioni del campo elettromagnetico generato attorno al cavo di alimentazione. Inoltre, si adatta alla maniglia dell'acceleratore di una e-bike, consentendo di controllarne l'angolo di rotazione.

In un ambiente domestico

Nelle tastiere dei computer, questi dispositivi forniscono un modo senza contatto di leggere le informazioni. Il sensore, che fa parte del dispositivo di raffreddamento di un PC domestico, è in grado di controllare la polarità degli avvolgimenti del rotore, cioè di cambiare la direzione della sua rotazione.

Quando si utilizza un elemento del genere in uno smartphone, in particolare, garantisce che il dispositivo sia spento quando viene riposto in una custodia con chiusura "magnetica".

Considerando in parole semplici il campo di applicazione dei sensori di Hall, possiamo dire che il suo utilizzo in ambito tecnico è praticamente illimitato. Nel designer elettronico Arduino, ad esempio, c'è un set con un tale sensore, che consente di illustrare in pratica l'effetto Hall.

Questo non è l'unico caso d'uso educativo che aiuta gli utenti inesperti a capire come collegare e utilizzare i sensori di campo.

In conclusione, notiamo che gli svantaggi dei sensori Hall includono la loro sensibilità alle interferenze elettromagnetiche, che spesso si verificano nei circuiti funzionanti. Inoltre, l'uso di moduli elettronici complessi nella progettazione del dispositivo influisce in una certa misura sulla sua affidabilità, riducendola in qualche modo. Questi svantaggi del sensore non sono considerati suoi difetti, ma vengono semplicemente presi in considerazione quando si lavora con l'apparecchiatura.

Ora sai cos'è un sensore Hall, come funziona e perché ne hai bisogno. Speriamo che le informazioni fornite siano state utili e interessanti!

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