Magnetyczne czujniki Halla są szeroko rozpowszechnione w nowoczesnych warunkach i znajdują zastosowanie nie tylko w produktach specjalistycznych, ale także w zwykłym sprzęcie AGD. Większość użytkowników nawet nie podejrzewa, jakie wrażliwe elementy działają na przykład w ich telefonie, a jakie można je montować nie tylko w sprzęcie elektronicznym, ale również w pojazdach (w samochodzie lub motocykl). W tym artykule przyjrzymy się budowie, zasadzie działania i celowi czujnika Halla.
Zadowolony:
- Zasada działania i typy
- Odniesienie historyczne
- Klasyfikacja
- Urządzenie i przykłady użycia
- Zastosowanie w układach zapłonowych i pralkach
- W środowisku domowym
Zasada działania i typy
Zastosowanie czujników w różnych urządzeniach (w szczególności w tablecie) tłumaczy się ich zdolnością do reagowania na zmiany pola i wyłączania się po zamknięciu magnetycznej pokrywy obudowy. Dzięki tej właściwości są instalowane w pralkach, co pozwala kontrolować prędkość obrotową bębna. Mówiąc prościej, tutaj czujnik Halla jest używany jako obrotomierz.
Odniesienie historyczne
Aby zrozumieć, jak działa ten element, potrzebna jest odrobina historii. W 1879 roku amerykański fizyk Hall odkrył interesujące zjawisko związane z zachowaniem przewodnika z prądem w polu magnetycznym. Test wykazał, że jeśli prąd przepływa przez miedzianą płytkę umieszczoną między magnesami, to na jej bocznych powierzchniach pojawia się różnica potencjałów. Powstaje naturalne pytanie: jak sprawdzić to napięcie w domu?
Okazało się, że w praktyce może być zmierzyć multimetrem lub jakiekolwiek inne urządzenie w odpowiednich granicach. To samo można zrobić za pomocą dowolnego odpowiedniego testera lub podobnego urządzenia.
Podłączenie miernika potwierdza, że poruszające się elektrony są odchylane w bok pod wpływem pola magnetycznego (prostopadle do kierunku ich ruchu).
Ważny! Wielkość tego odchylenia lub różnicy potencjałów jest proporcjonalna do „mocy” magnesów i natężenia prądu przepływającego przez płytkę.
Na tej podstawie Hall doszedł do wniosku, że taki przewodnik jest dobrym sposobem pomiaru pola magnetycznego. Na tym efekcie opiera się działanie specjalnego czułego elementu zwanego czujnikiem Halla. Po zorientowaniu się, jak działa w każdym konkretnym urządzeniu, możesz być pewien ostatecznego przyswojenia jego zasady działania.
Klasyfikacja
Ważne jest, aby zrozumieć, czym są czujniki Halla i według jakiej zasady są one zwykle klasyfikowane. W zależności od specyfiki pracy i tego, do czego jest potrzebny lub do celu, czujnik Halla może mieć różne konstrukcje. Jedną z odmian są urządzenia analogowe, które na wyjściu wytwarzają ciągły sygnał.
W przeciwieństwie do nich element cyfrowy ma tylko dwa stany dyskretne („zero” i „jeden”). Ten typ urządzenia może być jednobiegunowy lub dwubiegunowy. Pierwszy z nich jest wyzwalany po wykryciu pola o dowolnej polaryzacji i wyłącza się, gdy znika. Oznacza to, że jednobiegunowy czujnik cyfrowy reaguje tylko na brak lub obecność napięcia magnetycznego. Rozważane cechy każdego z podgatunków pomagają również zrozumieć, co to jest - czujnik Halla.
Czujniki jednobiegunowe przełączają się na „jedność” dopiero wtedy, gdy pole osiąga poziom progowy i nie są w stanie określić jego obecności przy słabych napięciach. Ta właściwość jest istotną wadą takich urządzeń, co znacznie ogranicza zakres ich zastosowania. Czujnik bipolarny jest wyzwalany z uwzględnieniem polaryzacji pola magnetycznego, z których jeden włącza go, a drugi wyłącza.
Konwencjonalne oznaczenie graficzne urządzeń tej klasy pokazano na poniższym zdjęciu:
Urządzenie i przykłady użycia
Najprostszy system z czujnikiem Halla zawiera następujące elementy:
- Magnes trwały (jego funkcją jest tworzenie pola magnetycznego).
- Ruchomy wirnik z ostrzami lub zębami.
- Specjalny pręt wykonany z materiału magnetycznego (rdzeń magnetyczny).
- Plastikowe etui.
Ponadto parametry techniczne czujnika przewidują zastosowanie mikroukładów zaangażowanych w proces pomiarowy.
Zrozumienie zasady działania tego urządzenia jest możliwe po zapoznaniu się ze szczegółowym schematem włączenia czujnika Halla w obszarze pomiarowym. Schemat podłączenia oraz istotę działania czujnika można przedstawić w następujący sposób:
- W szczelinie utworzonej przez połówki obwodu magnetycznego poruszają się metalowe łopatki wirnika.
- Kiedy się obracają, strumień magnetyczny jest okresowo bocznikowany.
- Wbudowany mikroukład zapewnia określenie zerowego wskaźnika indukcji (w tych momentach napięcie na jego wyjściu jest maksymalne).
- Częstotliwość takich wybuchów, obliczona przez ten sam mikroukład, służy do oceny prędkości obrotowej kontrolowanego obiektu (na przykład wał silnika w motocyklu).
Aby proces ten przebiegał normalnie, gdy czujnik jest podłączony do obwodu pomiarowego, należy wziąć pod uwagę pinout tej próbki (może być inny).
Podsumowując rozważany schemat, należy przyjąć, że czujniki tej klasy są w stanie mierzyć prędkość obrotową wału korbowego dowolnego poruszającego się pojazdu. Uniwersalność czujnika, która nie wyklucza możliwości jego montażu np. w skuterze, sprawia, że czujnik Halla można zastosować nie tylko w skomplikowanych urządzeniach technicznych, ale także w zwykłym sprzęcie AGD.
Zastosowanie w układach zapłonowych i pralkach
Stosując czujnik Halla w układzie zapłonowym samochodu, można go wykorzystać do rejestracji momentu otwarcia rozdzielacza. W tym przypadku pracuje jako przetwornik analogowy, który określa moment przerwy w zasilaniu pokładowym. Jego zastosowanie w modułach roboczych pralki opiera się na tej samej zasadzie, co umożliwia określenie przyrostu masy prania poprzez prędkość obrotową bębna.
Czujniki Halla są instalowane w niektórych próbkach sprzętu pomiarowego. Najczęściej wyposażone są w bezdotykowe cęgi służące do pomiaru prądu w przewodach. Wbudowane urządzenie reaguje na zmiany pola elektromagnetycznego generowanego wokół kabla zasilającego. Dodatkowo pasuje do rączki przepustnicy roweru elektrycznego, co pozwala kontrolować jego kąt obrotu.
W środowisku domowym
W klawiaturach komputerowych urządzenia te zapewniają bezdotykowy sposób odczytywania informacji. Czujnik, który jest częścią chłodnicy domowego komputera, jest w stanie kontrolować biegunowość uzwojeń wirnika, to znaczy zmieniać kierunek jego obrotu.
Zastosowanie takiego elementu w szczególności w smartfonie zapewnia wyłączenie urządzenia po umieszczeniu go w etui z „magnetycznym” zapięciem.
Rozpatrując w prostych słowach obszar zastosowań czujników Halla, można powiedzieć, że ich zastosowanie w dziedzinie technicznej jest praktycznie nieograniczone. W konstruktorze elektroniki Arduino jest np. zestaw z takim czujnikiem, co pozwala zilustrować efekt Halla w praktyce.
To nie jedyny przykład zastosowania edukacyjnego, który pomaga początkującym użytkownikom zrozumieć, jak podłączyć i korzystać z czujników polowych.
Podsumowując, zauważamy, że do wad czujników Halla należy ich wrażliwość na zakłócenia elektromagnetyczne, które często występują w obwodach roboczych. Ponadto zastosowanie złożonych modułów elektronicznych w konstrukcji urządzenia w pewnym stopniu wpływa na jego niezawodność, nieco ją zmniejszając. Te wady czujnika nie są uważane za jego wady, ale są po prostu brane pod uwagę podczas pracy ze sprzętem.
Teraz wiesz, czym jest czujnik Halla, jak działa i dlaczego go potrzebujesz. Mamy nadzieję, że podane informacje były przydatne i interesujące!
Powiązane materiały:
- Co to jest ogniwo obciążnikowe i jak działa
- Do czego służą wyłączniki krańcowe?
- Jaka jest różnica między prądem przemiennym a prądem stałym?
