Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!
Magnetyczne czujniki Halla są szeroko rozpowszechnione w nowoczesnych warunkach i są stosowane nie tylko w specjalistycznych produktach, ale także w konwencjonalnych urządzeniach gospodarstwa domowego. Większość użytkowników nawet nie podejrzewa, że na przykład wrażliwe elementy działają na nich przez telefon i że można je zainstalować nie tylko w sprzęcie elektronicznym, ale także w pojazdach (w samochodzie lub motocyklu). W tym artykule rozważymy urządzenie, zasadę działania i cel czujnika Halla.Zasada działania i typy
Wykorzystanie czujników w różnych urządzeniach (w szczególności w tablecie) tłumaczy się ich zdolnością do reagowania na zmiany pola i wyłączania, gdy pokrywa magnetyczna pokrywy jest zamknięta. Ze względu na tę właściwość są one instalowane w pralkach, co pozwala kontrolować prędkość obrotową bębna. Mówiąc prostym językiem - tutaj czujnik Halla jest używany jako obrotomierz.
Tło historyczne
Aby zrozumieć zasadę tego elementu, potrzebujesz trochę historii. W 1879 roku amerykański fizyk Hall odkrył interesujące zjawisko związane z zachowaniem przewodnika z prądem w polu magnetycznym. Test wykazał, że jeśli prąd przepuszczono przez miedzianą płytkę umieszczoną między magnesami, na jego powierzchniach bocznych pojawiła się różnica potencjałów. Pojawia się naturalne pytanie: jak sprawdzić to napięcie w domu?
Okazało się, że w praktyce można go mierzyć za pomocą multimetru lub innego urządzenia o odpowiednich granicach. To samo można zrobić za pomocą dowolnego odpowiedniego testera lub podobnego urządzenia.
Podłączenie miernika potwierdza, że poruszające się elektrony pod wpływem pola magnetycznego odchylają się na bok (prostopadle do kierunku ich ruchu).
To ważne! Wielkość tego odchylenia lub różnicy potencjałów jest proporcjonalna do „mocy” magnesów i siły prądu przez płytkę.
Na tej podstawie Hall doszedł do wniosku, że taki przewodnik jest dobrym narzędziem do pomiaru pola magnetycznego. Efekt ten opiera się na pracy specjalnego elementu czujnikowego zwanego czujnikiem Halla. Zajmując się sposobem, w jaki działa w każdym konkretnym urządzeniu, możesz być pewien ostatecznego przyswojenia jego zasady działania.
Klasyfikacja
Ważne jest, aby zrozumieć, jakie są czujniki Halla i na jakiej zasadzie są one zwykle klasyfikowane. Zgodnie ze specyfiką pracy i jej przeznaczeniem lub przeznaczeniem czujnik Halla może mieć różne wersje. Jedną z odmian są urządzenia analogowe, które wytwarzają ciągły sygnał na wyjściu.
Natomiast element cyfrowy ma tylko dwa dyskretne stany („zero” i „jeden”). Ten typ urządzenia może być unipolarny lub bipolarny. Pierwszy z nich jest wyzwalany, gdy wykryte zostanie pole o dowolnej polaryzacji i zostanie wyłączone, gdy zniknie. 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 jednobiegunowe przełączają się na „jednostkę” tylko wtedy, gdy pole osiąga poziom progowy i nie są w stanie określić jego obecności przy niskich napięciach. Ta właściwość jest znaczącym minusem takich urządzeń, co znacznie ogranicza zakres ich zastosowania. Czujnik bipolarny działa zgodnie z polaryzacją pola magnetycznego, z których jedno włącza, a drugie wyłącza.
Warunkowe oznaczenie graficzne urządzeń tej klasy pokazano na poniższym zdjęciu:
Przykłady urządzeń i użytkowania
Najprostszy system z czujnikiem Halla zawiera następujące elementy:
- Magnes trwały (jego funkcją jest tworzenie pola magnetycznego).
- Ruchomy rotor z ostrzami lub zębami.
- Specjalna wędka z materiału magnetycznego (magnetycznego).
- Plastikowa walizka.
Ponadto właściwości techniczne czujnika zapewniają wykorzystanie chipów zaangażowanych w proces pomiarowy.
Możliwe jest zrozumienie zasady działania tego urządzenia, jeśli zapoznasz się ze szczegółowym schematem okablowania czujnika Halla w obszarze pomiarowym. Schemat okablowania i istotę czujnika można przedstawić w następujący sposób:
- W szczelinie utworzonej przez połówki obwodu magnetycznego poruszają się metalowe łopaty wirnika.
- Gdy się obracają, następuje okresowe przetaczanie strumienia magnetycznego.
- Zintegrowany mikroukład zapewnia określenie zerowego wskaźnika indukcji (w tych momentach napięcie na jego wyjściu jest maksymalne).
- Częstotliwość takich impulsów, liczona przez ten sam chip, oceniana jest na podstawie prędkości obrotowej kontrolowanego obiektu (na przykład wału silnika w motocyklu).
Aby proces ten przebiegał normalnie, gdy czujnik jest włączony w obwodzie pomiarowym, należy uwzględnić pinout tej próbki (może być inny).
Podsumowując rozważany schemat, należy założyć, że czujniki tej klasy są zdolne do pomiaru prędkości obrotowej wału korbowego dowolnych środków ruchomych. Wszechstronność czujnika, która nie wyklucza na przykład możliwości jego instalacji w skuterze, pozwala na zastosowanie czujnika Halla nie tylko w złożonych urządzeniach technicznych, ale także w zwykłych urządzeniach gospodarstwa domowego.
Zastosowanie w układzie zapłonowym i pralkach
Przy pomocy czujnika Halla w układzie zapłonowym samochodu z jego pomocą można ustalić moment otwarcia timera. W tym przypadku działa jako konwerter analogowy, który określa momenty przerwania zasilania pokładowego. Zasada ta opiera się na wykorzystaniu w modułach roboczych pralki, co pozwala określić wagę prania na podstawie prędkości obrotowej bębna.
Czujniki Halla są również instalowane w niektórych próbkach sprzętu pomiarowego. Najczęściej są one wyposażone w bezstykowy zacisk, który służy do pomiaru prądu w przewodach. Wbudowane urządzenie reaguje na zmiany pola elektromagnetycznego generowanego wokół kabla zasilającego. Ponadto nadaje się do uchwytu gazu roweru elektrycznego, umożliwiając kontrolę jego kąta obrotu.
W warunkach życia
W klawiaturach komputerowych urządzenia te zapewniają bezdotykowy sposób usuwania informacji. Czujnik, który jest częścią domowej chłodnicy PC, jest w stanie kontrolować polaryzację uzwojeń wirnika, to znaczy zmieniać kierunek jego obrotów.
W szczególności, gdy używasz takiego elementu w smartfonie, zapewnia on wyłączenie urządzenia po umieszczeniu w etui z „magnetycznym” zapięciem.
Biorąc pod uwagę zakres czujników Halla w prostych słowach, możemy powiedzieć, że jego zastosowanie w dziedzinie techniki jest praktycznie nieograniczone. Na przykład w elektronicznym projektancie Arduino istnieje zestaw z takim czujnikiem, który w praktyce pozwala zilustrować efekt Halla.
Nie jest to jedyny przykład jego wykorzystania w celach szkoleniowych, który pomaga początkującym użytkownikom zrozumieć, jak podłączyć i używać czujników struktury pola.
Podsumowując, zauważamy, że wady czujników Halla obejmują ich wrażliwość na zakłócenia elektromagnetyczne, często występujące w obwodach roboczych. Ponadto zastosowanie złożonych modułów elektronicznych w konstrukcji urządzenia w pewnym stopniu wpływa na jego niezawodność, nieco go zmniejszając. Te minusy czujnika nie są uważane za jego wady, ale są brane pod uwagę przy pracy z urządzeniem.
Teraz wiesz, co to jest czujnik Halla, jak działa i dlaczego go potrzebujesz. Mamy nadzieję, że podane informacje były przydatne i interesujące!
Materiały na ten temat:
- Co to jest tensometr i jak to działa
- Do czego służą wyłączniki krańcowe
- Jaka jest różnica między prądem zmiennym a prądem stałym?