Hall-sensor: apparaat, werkingsprincipe en doel

Magnetische Hall-sensoren zijn wijdverbreid in moderne omstandigheden en worden niet alleen gebruikt in gespecialiseerde producten, maar ook in gewone huishoudelijke apparaten. De meeste gebruikers vermoeden niet eens welke gevoelige elementen bijvoorbeeld in hun telefoon werken en wat ze kunnen niet alleen in elektronische apparatuur worden geïnstalleerd, maar ook in voertuigen (in een auto of motorfiets). In dit artikel zullen we kijken naar de structuur, het werkingsprincipe en het doel van de Hall-sensor.

Werkingsprincipe en typen

Het gebruik van sensoren in verschillende apparaten (met name in een tablet) wordt verklaard door hun vermogen om te reageren op veldveranderingen en uit te schakelen wanneer de magnetische afdekking van de behuizing wordt gesloten. Dankzij deze eigenschap worden ze in wasmachines geïnstalleerd, zodat u de rotatiesnelheid van de trommel kunt regelen. In eenvoudige bewoordingen wordt hier de Hall-sensor gebruikt als toerenteller.

historische referentie

Om te begrijpen hoe dit element werkt, is een beetje geschiedenis vereist. In 1879 ontdekte de Amerikaanse natuurkundige Hall een interessant fenomeen dat verband houdt met het gedrag van een geleider met een stroom in een magnetisch veld. De test toonde aan dat als er een stroom wordt geleid door een koperen plaat die tussen de magneten is geplaatst, er een potentiaalverschil op de zijvlakken verschijnt. Een natuurlijke vraag rijst: hoe deze spanning thuis te controleren?

Het bleek dat het in de praktijk wel kan meten met een multimeter of enig ander apparaat binnen de juiste limieten. Hetzelfde kan gedaan worden met elke geschikte tester of soortgelijk apparaat.

Het aansluiten van de meter bevestigt dat de bewegende elektronen naar de zijkant worden afgebogen onder invloed van het magnetische veld (loodrecht op de richting van hun beweging).

Belangrijk! De grootte van deze afwijking of potentiaalverschil is evenredig met het "vermogen" van de magneten en de sterkte van de stroom door de plaat.

Op basis hiervan concludeerde Hall dat zo'n geleider een goed middel is om het magnetische veld te meten. De werking van een speciaal gevoelig element, een Hall-sensor genaamd, is gebaseerd op dit effect. Als u erachter bent gekomen hoe het in elk specifiek apparaat werkt, kunt u zeker zijn van de uiteindelijke assimilatie van het werkingsprincipe.

Classificatie

Het is belangrijk om te begrijpen wat Hall-sensoren zijn en volgens welk principe ze gewoonlijk worden geclassificeerd. Afhankelijk van de eigenaardigheden van het werk en waarvoor of waarvoor het nodig is, kan de Hall-sensor verschillende ontwerpen hebben. Een van de varianten zijn analoge apparaten die aan de uitgang een continu signaal produceren.

In tegenstelling tot hen heeft een digitaal element slechts twee discrete toestanden ("nul" en "één"). Dit type apparaat kan unipolair of bipolair zijn. De eerste wordt geactiveerd wanneer een veld met een willekeurige polariteit wordt gedetecteerd en wordt uitgeschakeld wanneer het verdwijnt. Dat wil zeggen, de unipolaire digitale sensor reageert alleen op de afwezigheid of aanwezigheid van magnetische spanning. De weloverwogen kenmerken van elk van de ondersoorten helpen ook om te begrijpen wat het is - een Hall-sensor.

Unipolaire sensoren schakelen alleen over naar "eenheid" wanneer het veld een drempelniveau bereikt en kunnen de aanwezigheid ervan bij zwakke spanningen niet bepalen. Deze eigenschap is een belangrijk nadeel van dergelijke apparaten, wat de reikwijdte van hun toepassing aanzienlijk beperkt. De bipolaire sensor wordt geactiveerd rekening houdend met de polariteit van het magnetische veld, waarvan de ene hem inschakelt en de andere uitschakelt.

De conventionele grafische aanduiding van apparaten van deze klasse wordt weergegeven in de onderstaande foto:

Apparaat en gebruiksvoorbeelden

Het eenvoudigste systeem met een Hall-sensor bevat de volgende elementen:

1. Permanente magneet (zijn functie is het creëren van een magnetisch veld).
2. Beweegbare rotor met bladen of tanden.
3. Een speciale staaf van magnetisch materiaal (magnetische kern).
4. Plastic verpakking.

Bovendien zorgen de technische kenmerken van de sensor voor het gebruik van microschakelingen die betrokken zijn bij het meetproces.

Het is mogelijk om het werkingsprincipe van dit apparaat te begrijpen als u vertrouwd raakt met het gedetailleerde diagram van het inschakelen van de Hall-sensor in het meetgebied. Het aansluitschema en de essentie van de werking van de sensor kunnen als volgt worden weergegeven:

• In de opening gevormd door de helften van het magnetische circuit, bewegen de metalen rotorbladen.
• Wanneer ze roteren, wordt de magnetische flux periodiek overbrugd.
• De ingebouwde microschakeling zorgt voor de bepaling van een nul-inductie-index (op deze momenten is de spanning aan de uitgang maximaal).
• De frequentie van dergelijke uitbarstingen, berekend door dezelfde microschakeling, wordt gebruikt om de rotatiesnelheid van het bestuurde object te beoordelen (bijvoorbeeld de motoras in een motorfiets).

Om dit proces normaal te laten verlopen, wanneer de sensor is aangesloten op het meetcircuit, moet rekening worden gehouden met de pin-out van dit monster (het kan anders zijn).

Als we het overwogen schema samenvatten, moet worden aangenomen dat sensoren van deze klasse in staat zijn om de rotatiesnelheid van de krukas van elk bewegend voertuig te meten. De veelzijdigheid van de sensor, die de mogelijkheid van installatie in bijvoorbeeld een scooter niet uitsluit, maakt het mogelijk om de Hall-sensor niet alleen in complexe technische apparaten te gebruiken, maar ook in gewone huishoudelijke apparaten.

Toepassing in ontstekingssystemen en wasmachines

Bij gebruik van een Hall-sensor in het ontstekingssysteem van een auto is het mogelijk om het moment waarop de verdeler opent vast te leggen. In dit geval werkt het als een analoge converter, die het moment van onderbreking van de boordvoeding bepaalt. Het gebruik ervan in de werkmodules van de wasmachine is gebaseerd op hetzelfde principe, wat het mogelijk maakt om de toename van het gewicht van het wasgoed te bepalen door de rotatiesnelheid van de trommel.

Hall-sensoren zijn geïnstalleerd in sommige monsters van meetapparatuur. Meestal zijn ze uitgerust met contactloze klemmen die worden gebruikt om stroom in geleiders te meten. Het ingebouwde apparaat reageert op veranderingen in het elektromagnetische veld dat rond de stroomkabel wordt gegenereerd. Bovendien past hij op de gashendel van een e-bike, waardoor je de draaihoek kunt bepalen.

In een huiselijke omgeving

In computertoetsenborden bieden deze apparaten een contactloze manier om informatie te lezen. De sensor, die deel uitmaakt van de koeler van een huishoudelijke pc, kan de polariteit van de rotorwikkelingen regelen, dat wil zeggen de richting van de rotatie ervan veranderen.

Vooral bij het gebruik van een dergelijk element in een smartphone zorgt het ervoor dat het apparaat wordt uitgeschakeld wanneer het in een hoesje met een "magnetische" sluiting wordt geplaatst.

Gezien het toepassingsgebied van Hall-sensoren in eenvoudige bewoordingen, kunnen we zeggen dat het gebruik ervan op technisch gebied praktisch onbeperkt is. In de electronic designer Arduino zit bijvoorbeeld een set met zo'n sensor, die het mogelijk maakt om het Hall-effect in de praktijk te illustreren.

Dit is niet het enige educatieve gebruiksvoorbeeld om beginnende gebruikers te helpen begrijpen hoe ze veldsensoren moeten aansluiten en gebruiken.

Concluderend merken we op dat de nadelen van Hall-sensoren hun gevoeligheid voor elektromagnetische interferentie zijn, die vaak voorkomt in werkende circuits. Bovendien heeft het gebruik van complexe elektronische modules in het ontwerp van het apparaat tot op zekere hoogte invloed op de betrouwbaarheid, waardoor deze enigszins wordt verminderd. Deze nadelen van de sensor worden niet beschouwd als zijn defecten, maar worden gewoon in aanmerking genomen bij het werken met de apparatuur.

Nu weet je wat een Hall-sensor is, hoe hij werkt en waarom je hem nodig hebt. We hopen dat de verstrekte informatie nuttig en interessant was!

Gerelateerde materialen:

• Wat is een loadcel en hoe werkt het?
• Waar zijn eindschakelaars voor?
• Wat is het verschil tussen wisselstroom en gelijkstroom?