Senzori - convertoarele unei mărimi fizice la alta (de obicei, la electrice) sunt utilizate pe scară largă în echipamentele de uz casnic și industriale. Fără acestea, este foarte dificil, dacă nu imposibil, să măsurați, să digitalizați și să procesați parametri tehnologici precum presiunea și debitul (gaz sau lichid), temperatura, nivel, intensitatea câmpului magnetic sau electric etc. Unul dintre cei mai folosiți senzori este senzorul Hall - sunt folosiți atât în viața de zi cu zi (începând cu smartphone-uri sau laptopuri), cât și în cea mai complexă tehnologie industrială.
Conţinut
Efectul Hall - principiu de funcționare
Acest efect a fost descoperit în 1879 de către fizicianul american Edwin Hall și a fost numit după el.Esența fenomenului este că, dacă luați o placă de metal și treceți un curent electric prin ea (în direcția AB din figură), apoi acționați asupra plăcii cu un câmp magnetic, de exemplu, creat de un magnet permanent, apoi în direcția perpendiculară pe trecerea curentului (CD în figura ), va exista o diferență de potențial.
Acest efect apare datorită forței Lorentz care acționează asupra sarcinilor în mișcare și le deplasează într-o direcție perpendiculară pe direcția mișcării. Ca urmare, la marginile plăcii apare o diferență de potențial, care poate fi măsurată sau utilizată pentru declanșarea actuatoarelor (preamplificare). Această diferență depinde de:
- din puterea curentului care curge;
- din puterea câmpului magnetic;
- asupra concentraţiei purtătorilor liberi de sarcină în conductor.
Fenomenul este numit după descoperitorul său - efectul Hall.
Tipuri și aranjare a senzorilor Hall
Efectul, descoperit în secolul anterior, și-a găsit aplicare practică. Pe baza acestuia sunt construiți senzori de câmp magnetic. Avantajul lor este că nu au elemente în mișcare și frecare (spre deosebire de întrerupătoarele cu lamelă), deci fiabilitatea lor este mult mai mare. După principiul sensibilităţii senzori industriali Salile sunt impartite in:
- unipolar (reacționează doar la un pol magnetic - nord sau sud);
- bipolar (se pornește când este expus la un câmp magnetic de o polaritate, se dezactivează când este expus la un câmp magnetic de polaritate opusă);
- omnipolar - reacționează la orice poli ai magneților.
Diferența de potențial creată de acțiunea unui câmp magnetic asupra sarcinilor în mișcare este de unități, în cel mai bun caz zeci de microvolți. Pentru aplicare practică, acest lucru nu este suficient, diferența de potențial trebuie mărită. Aceste amplificatoare sunt încorporate direct în corpul senzorilor, iar în funcție de tipul de amplificator, dispozitivele sunt împărțite în două clase.
- Analogic. În ele, tensiunea la ieșirea senzorului este proporțională cu câmpul magnetic (depinde de puterea magnetului și de distanța de la acesta). Construite pe baza unui amplificator operațional și sunt utilizate pentru măsurarea câmpurilor magnetice.
- Digital. După instalarea amplificatorului comparator sau declanșatorul Schmitt. Tensiunea de ieșire, când inducția magnetică atinge un anumit prag, sare de la zero la un nivel ridicat (de obicei la nivelul tensiunii de alimentare). Astfel de senzori sunt utilizați pentru a construi relee magnetice sau generatoare de impulsuri. Semnalul amplificat de la placă este aplicat dispozitivului de prag. Când nivelul setat este atins, senzorul este declanșat. Nivelul de declanșare poate fi ajustat prin modificarea distanței de la senzor la sursa câmpului magnetic.
Aplicarea senzorilor Hall
Cea mai comună aplicație a senzorului Hall în viața de zi cu zi este sistemele de aprindere fără contact pentru mașini. Avantajul lor este absența grupurilor de contact mecanice. Aceasta înseamnă că nu există uzură, nicio ardere a contactelor, nici un risc de defecțiune mecanică.
Sistemul de distribuție include o placă cu margini antrenate de arborele cotit al motorului, un magnet permanent și senzorul Hall în sine. Când placa se rotește, proeminențele la un moment strict definit, determinat de poziția arborelui cotit, cad în golul dintre senzor și magnet, modificând parametrii câmpului magnetic.Senzorul generează impulsuri sincronizate cu rotația arborelui cotit, care reglează alimentarea cu tensiune a bobinei de înaltă tensiune la momentele necesare. De asemenea, senzorii de câmp magnetic din mașină sunt utilizați pentru a recunoaște poziția arborelui cotit.
O altă utilizare a senzorilor sensibili magnetic este determinarea poziției rotoarelor motoarelor electrice. Elementul releu este montat pe statorul motorului și este activat la trecerea stâlpului. Pe acest principiu, puteți construi un contor de turații sau un contor de viteză.
Dispozitivele construite pe efectul Hall sunt folosite în laptopuri sau dispozitive mobile - ca indicator al poziției închise a capacului. Când senzorul este declanșat, computerul intră în repaus sau se oprește. Iar la smartphone-uri, una dintre funcțiile senzorului care răspunde la câmpul magnetic al Pământului este organizarea busolei electronice.
Senzorii analogi Hall sunt utilizați în instrumentele de măsură - unde este necesar să se evalueze nivelul câmpului magnetic. Sunt indispensabile pentru măsurarea fără contact a intensității curentului într-un conductor. După cum știți, atunci când curentul trece printr-un conductor, în jurul acestuia apare un câmp magnetic. Intensitatea sa depinde de puterea curentului. Dacă curentul este alternativ, atunci câmpul poate fi măsurat în alte moduri (de exemplu, cu un transformator de curent), dar cu curent continuu, un senzor Hall este indispensabil. Clemele de curent continuu funcționează pe acest principiu.
Cea mai exotică aplicație a efectului Hall este construcția motoarelor cu rachete ionice pe principiul său.
Cum se verifică performanța senzorului Hall
Pentru a verifica senzorul, puteți asambla un circuit simplu, pentru care, pe lângă senzorul în sine, veți avea nevoie de:
- alimentare pentru tensiunea dorită;
- rezistor cu o rezistență de aproximativ 1 kOhm;
- Dioda electro luminiscenta;
- magnet.
Dacă nu există LED, atunci în loc de acesta (și rezistența de limitare a curentului) puteți foloseste un multimetru (digital sau pointer) în modul de măsurare a tensiunii.
Nu există cerințe speciale pentru sursa de alimentare - curenții din circuit sunt foarte mici. Tensiunea acestuia trebuie să fie în limita tensiunii de alimentare a senzorului testat. LED-ul este conectat cu anodul la plusul sursei de tensiune, catodul la ieșirea dispozitivului testat, deoarece senzorul este de obicei realizat cu un colector deschis (dar este mai bine să îl verificați pe fișa de date).
Procedura de testare depinde de tipul de dispozitiv testat.
- Pentru a testa un senzor digital unipolar, trebuie să aduceți la el un magnet cu un singur pol. LED-ul ar trebui să se aprindă (săgeata voltmetrului indicator se abate sau citirile testerului digital se schimbă brusc). Când magnetul este îndepărtat la o distanță considerabilă, circuitul ar trebui să revină la poziția inițială. Dacă senzorul nu funcționează, este necesar să întoarceți magnetul cu celălalt pol și să repetați procedura. Dacă LED-ul clipește, atunci senzorul funcționează. Dacă succesul nu a fost obținut în nicio poziție a magnetului, dispozitivul este inutilizabil.
- Un senzor digital bipolar este testat folosind o tehnică similară, doar LED-ul se aprinde într-o poziție a magnetului și nu se stinge când sursa de câmp magnetic este îndepărtată. Circuitul nu ar trebui să reacționeze la alte manipulări cu același pol. Dacă întoarceți magnetul și îl aduceți la senzor în polaritate opusă, LED-ul ar trebui să se stingă. Aceasta indică starea de sănătate a dispozitivului testat.Dacă circuitul nu funcționează, atunci senzorul este defect.
- Un senzor Hall digital omnipolar este testat în același mod ca unul unipolar, dar dispozitivul sensibil magnetic ar trebui să funcționeze în orice poziție a magnetului.
Senzorii analogici sunt verificați în același mod ca și cei digitali, dar tensiunea de ieșire nu trebuie să se schimbe brusc, ci fără probleme pe măsură ce crește forța magnetică (de exemplu, se apropie un magnet permanent sau o creștere a curentului în înfășurarea electromagnetului).
Din punct de vedere practic, întrebarea cum să verifici senzorul Hall instalat în sistemul de aprindere fără contact al unei mașini este interesantă. Pentru a face acest lucru, scoateți conectorul de la senzor și asamblați circuitul indicat direct pe pini.
Aici puteți înlocui și LED-ul cu un multimetru. Rotind manual arborele cotit al mașinii, puteți observa clipiri periodice ale LED-ului sau modificări ale tensiunii de ieșire de la zero la aproximativ tensiunea sistemului electric al mașinii. O modalitate alternativă de verificare într-un garaj este înlocuirea temporară a dispozitivului cu un senzor de rezervă cunoscut.
Senzorul Hall a găsit o aplicație largă în echipamentele casnice și industriale. Nu este dificil să verificați funcționalitatea acestuia dacă există o înțelegere a principiului funcționării sale.
Articole similare:
