Co to jest czujnik Halla i gdzie jest używany?
Zasada działania i typy
Zastosowanie czujników w różnych urządzeniach (w szczególności na tablecie) tłumaczy się ich zdolnością do reagowania na zmiany pola i wyłączania się, gdy pokrywa magnetyczna obudowy jest zamknięta. Ze względu na tę właściwość są one instalowane w pralkach, co pozwala kontrolować prędkość obrotową bębna. Mówiąc najprościej - tutaj czujnik Halla służy jako tachometr.
Tło historyczne
Aby zrozumieć zasadę działania tego elementu, potrzebujesz małej wycieczki do historii. W 1879 r. Amerykański fizyk Hall odkrył interesujące zjawisko związane z zachowaniem się przewodnika z prądem w polu magnetycznym. Test wykazał, że jeśli prąd przepłynie przez miedzianą płytkę umieszczoną między magnesami, na jego powierzchniach bocznych pojawi się różnica potencjałów. Powstaje logiczne pytanie: jak sprawdzić to napięcie w domu?
Okazało się, że w praktyce może być zmierzyć za pomocą multimetru lub jakiekolwiek inne urządzenie, które ma odpowiednie ograniczenia. To samo można zrobić z dowolnym odpowiednim testerem lub podobnym instrumentem.
Podłączenie miernika potwierdza, że poruszające się elektrony są odchylane na bok pod wpływem pola magnetycznego (prostopadłego do kierunku ich ruchu).
Ważne! Wielkość tego odchylenia lub różnicy potencjałów jest proporcjonalna do „mocy” magnesów i prądu płynącego przez płytkę.
Na tej podstawie Hall stwierdził, że taki przewodnik jest dobrym narzędziem do pomiaru pola magnetycznego. Działanie specjalnego wrażliwego elementu zwanego czujnikiem Halla opiera się na tym efekcie. Po zorientowaniu się, jak działa w każdym urządzeniu, możesz być pewien ostatecznego przyswojenia jego zasady działania.
Klasyfikacja
Ważne jest, aby zrozumieć, czym są czujniki Halla i na jakiej zasadzie są zwykle klasyfikowane. W zależności od cech pracy i tego, dlaczego jest potrzebna lub zgodnie z przeznaczeniem, czujnik Halla może mieć różne konstrukcje. Jedną z odmian są urządzenia analogowe, które wytwarzają ciągły sygnał na wyjściu.
Natomiast element cyfrowy ma tylko dwa dyskretne stany („zero” i „jednostka”). Ten typ urządzenia może być jednobiegunowy lub dwubiegunowy.Pierwszy z nich działa po wykryciu pola o dowolnej polaryzacji i wyłącza się, gdy znika. Oznacza to, że unipolarny czujnik cyfrowy reaguje tylko na brak lub obecność napięcia magnetycznego. Rozważane cechy każdego z podgatunków pomagają również zrozumieć, co to jest - czujnik Halla.
Czujniki unipolarne przełączają się na „jednostkę” tylko wtedy, gdy pole osiąga poziom progowy i nie jest w stanie określić jego obecności przy słabym napięciu. Wskazana właściwość jest znaczącym minusem takich urządzeń, znacznie ograniczającym zakres ich zastosowania. Czujnik dwubiegunowy jest wyzwalany z uwzględnieniem polaryzacji pola magnetycznego, z których jedno włącza, a drugie wyłącza.
Konwencjonalne oznaczenie graficzne urządzeń tej klasy pokazano na poniższym zdjęciu:
Przykłady urządzeń i użytkowania
Najprostszy system z czujnikiem Halla obejmuje następujące elementy:
- Magnes trwały (jego funkcją jest tworzenie pola magnetycznego).
- Ruchomy wirnik z łopatkami lub zębami.
- Specjalny pręt wykonany z materiału magnetycznego (rdzeń magnetyczny).
- Plastikowa obudowa
Ponadto charakterystyka techniczna czujnika przewiduje zastosowanie mikroukładów biorących udział w procesie pomiarowym.
Można zrozumieć zasadę działania tego urządzenia, jeśli zapoznasz się ze szczegółowym schematem włączenia czujnika Halla w strefie pomiaru. Schemat połączeń i istotę czujnika można przedstawić w następujący sposób:
- W szczelinie utworzonej przez połówki obwodu magnetycznego poruszają się metalowe łopaty wirnika.
- Kiedy się obracają, następuje okresowe bocznikowanie strumienia magnetycznego.
- Zintegrowany mikroukład umożliwia określenie zerowego indeksu indukcyjnego (w tych momentach napięcie na jego wyjściu jest maksymalne).
- Częstotliwość takich wybuchów, obliczona przez ten sam układ, służy do oceny prędkości obrotowej kontrolowanego obiektu (na przykład wału silnika w motocyklu).
Aby proces ten przebiegał normalnie, gdy czujnik znajduje się w obwodzie pomiarowym, należy wziąć pod uwagę wyprowadzenie tej próbki (może być inne).
Podsumowując rozważany schemat, należy założyć, że czujniki tej klasy są w stanie zmierzyć prędkość obrotową wału korbowego dowolnego poruszającego się pojazdu. Uniwersalność czujnika, która nie wyklucza możliwości zainstalowania go na przykład w skuterze, pozwala na użycie czujnika Halla nie tylko w skomplikowanych urządzeniach technicznych, ale także w zwykłych urządzeniach gospodarstwa domowego.
Zastosowanie w układzie zapłonowym i pralkach
Podczas korzystania z czujnika Halla w układzie zapłonowym pojazdu można go użyć do ustalenia momentu otwarcia dystrybutora. W tym przypadku działa jako konwerter analogowy, który określa momenty przerwy w zasilaniu pokładowym. Jego zastosowanie w modułach roboczych pralki opiera się na tej samej zasadzie, która pozwala określić wzrost masy prania na podstawie prędkości obrotowej bębna.
Czujniki Halla są instalowane w niektórych próbkach urządzeń pomiarowych. Najczęściej są one wyposażone w bezdotykowe cęgi używane do pomiaru prądu w przewodach. Wbudowane urządzenie reaguje na zmiany pola elektromagnetycznego generowane wokół kabla zasilającego. Ponadto nadaje się do uchwytu gazowego roweru elektrycznego, co pozwala kontrolować kąt obrotu.
W warunkach domowych
W klawiaturach komputerowych urządzenia te zapewniają bezdotykowy sposób pobierania informacji. Czujnik, który jest częścią domowej chłodziarki na PC, jest w stanie kontrolować biegunowość uzwojeń wirnika, to znaczy zmieniać kierunek jego obrotu.
W szczególności przy użyciu takiego elementu w smartfonie zapewnia wyłączenie urządzenia podczas umieszczania go w walizce z zapięciem „magnetycznym”.
Biorąc pod uwagę zastosowanie czujników Halla w prostych słowach, możemy powiedzieć, że jego zastosowanie w dziedzinie techniki jest praktycznie nieograniczone.Na przykład w elektronicznym konstruktorze Arduino jest zestaw z takim czujnikiem, który pozwala w praktyce zilustrować efekt Halla.
Nie jest to jedyny przykład jego wykorzystania do celów edukacyjnych, pomagając początkującym użytkownikom zrozumieć, jak podłączyć i używać czujników struktury pola.
Podsumowując, zauważamy, że wady czujników Halla obejmują 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, nieznacznie go zmniejszając. Te wady czujnika nie są uważane za jego wady, ale są po prostu brane pod uwagę podczas pracy z urządzeniem.
Teraz wiesz, co to jest czujnik Halla, jak działa i dlaczego go potrzebujesz. Mamy nadzieję, że dostarczone informacje były przydatne i interesujące!
Powiązane materiały:
Ładowanie ...
