Zaloguj się
Wszystkie
6 maja 2024
249
Pojęcia wprowadzające
Trzy rodzaje czujników Halla
Fakt, iż czujniki Halla są wrażliwe na pole magnetyczne wykorzystuje się w trzech podstawowych typach układów:
- Czujniki Halla z wyjściem liniowym.
- Czujniki Halla z wyjściem przełączającym.
- Czujniki Halla z przerywaczem (magnetyczny czujnik szczelinowy).
Czujniki Halla z wyjściem liniowym
Przekształcenie natężenia pola magnetycznego w napięcie stałe jest dość liniowe, dlatego możliwe jest zaprojektowanie układów, które przekształcają bezwzględną wartość natężenia pola magnetycznego w proporcjonalne napięcie. Takie czujniki są często używane do bezdotykowego pomiaru natężenia prądu stałego przepływającego przez przewodnik.
Czujniki Halla z wyjściem przełączającym
Większość czujników Halla jest zaprojektowana wewnętrznie jako przełącznik. Po wzmocnieniu, napięcie Halla jest przykładane do komparatora lub przerzutnika Schmitta. Wyjście zmieni swój stan tylko wtedy, gdy napięcie Halla, a tym samym natężenie pola magnetycznego, przekroczy określoną wartość. Takie układy scalone są wykorzystywane do bezdotykowego rejestrowania zmiany stanu mechanizmu.
Przykładowo można umieścić taki czujnik na nieruchomym elemencie maszyny (np. ramie), a niewielki magnes stały na elemencie ruchomym. Czujnik wygeneruje sygnał za każdym razem, gdy magnes znajdzie się blisko niego. Czujniki takie często spotykało się w silnikach BLDC napędów CD/DVD, gdzie wykrywały położenie rotora z magnesami stałymi względem stojana z uzwojeniami, dzięki czemu sterownik silnika znał jego położenie i prędkość, co pozwalało na precyzyjną kontrolę nad silnikiem.
Czujniki Halla z przerywaczem (szczelinowe)
Dostępnych jest wiele zintegrowanych czujników magnetycznych, w których magnes trwały odpowiedzialny za generowanie pola magnetycznego znajduje się w obudowie czujnika. W większości przypadków układy te są umieszczone w obudowie przypominającej widelec, z magnesem w jednym zębie i czujnikiem Halla w drugim. Przesłona wykonana z miękkiego żelaza może przemieszczać się między tymi zębami zmieniając natężenie pola magnetycznego wykrywanego przez sensor.
Takie czujniki są również nazywane „magnetycznymi czujnikami szczelinowymi”.
Wielkości magnetyczne: strumień i natężenie pola
Prawdopodobnie wiesz, czym są napięcie elektryczne i prąd elektryczny.
Jednak podstawowe wielkości magnetyzmu są znacznie mniej znane. Warto więc pokrótce je wyjaśnić.
Podstawową wielkością wszystkich zjawisk magnetycznych jest strumień magnetyczny lub prąd Φ (grecka litera phi), wyrażany w weberach (Wb) lub woltosekundach (Vs).
Strumień magnetyczny definiuje się następująco. Załóżmy, że pojedyncza pętla przewodzącego drutu jest umieszczona w polu magnetycznym. Jeśli strumień magnetyczny tego pola zmienia się równomiernie o 1Wb przez jedną sekundę, w pętli indukuje się napięcie 1 V.
Z definicji tej natychmiast wynika wzór:
1 Wb=1 V·1 s
Natężenie pola magnetycznego B jest definiowane jako gęstość strumienia magnetycznego. Znormalizowaną jednostką natężenia pola jest Tesla (T). Natężenie pola magnetycznego definiuje się w następujący sposób. Natężenie pola magnetycznego jest równe 1 T, jeśli jednolity strumień magnetyczny o wartości 1 Wb pada prostopadle na powierzchnię 1m².
Z tej definicji wynika wzór na obliczanie indukcji magnetycznej:
B=Φ/A
Można teraz łatwo zdefiniować jedną Teslę:
1 T=1 Wb/m²=1 Vs/m²
Natężenie pola magnetycznego dawniej mierzono w Gaussach (G), gdzie:
1 G=0,1 mT
Fizyczne działanie generatora Halla
Siła pola magnetycznego generuje napięcie stałe
Wszystkie układy scalone czujników magnetycznych działają w oparciu o przetwornik Halla. Przetwornik Halla to element generujący napięcie stałe, którego wielkość zależy od natężenia pola magnetycznego oddziałującego na ten element.
Podstawową strukturę przetwornika Halla przedstawiono na poniższym rysunku. Cienka płytka wykonana jest z półprzewodnika, w większości przypadków związku indu. Szerokie styki 1 i 2 są zamontowane po dwóch przeciwnych stronach. Małe styki 3 i 4 są zamontowane po dwóch pozostałych stronach. Styki 1 i 2 są włączone w obwód, który przesyła stały prąd Icte przez płytkę. Ten prąd Icte powoduje migrację elektronów ze styku 2 do 1 w płytce półprzewodnikowej.
Bez zewnętrznego pola magnetycznego elektrony te podążają najkrótszą drogą przez płytkę, a płytka jest elektrycznie zrównoważona.
Jeśli jednak przyłożymy pole magnetyczne B prostopadłe do płytki, elektrony zostaną odchylone w wyniku działania siły Lorentza na drodze między stykami 2 i 1. W zależności od kierunku pola magnetycznego, elektrony albo trafią do styku 3, albo zostaną odchylone w kierunku styku 4. W rezultacie na płytce powstaje pole elektryczne, które generuje niewielkie napięcie stałe Uh między stykami 3 i 4. To napięcie Uh nazywane jest „napięciem Halla”, a jego wielkość jest proporcjonalna do natężenia pola elektrycznego w płytce półprzewodnikowej. Ponieważ pole to z kolei zależy od natężenia pola magnetycznego, można stwierdzić, że wielkość napięcia Halla jest wprost proporcjonalna do wielkości natężenia pola magnetycznego B padającego prostopadle na płytkę.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
