Τι είναι ο αισθητήρας Hall και πού χρησιμοποιείται;
Αρχή λειτουργίας και τύποι
Η χρήση αισθητήρων σε διάφορες συσκευές (ειδικότερα στο tablet) εξηγείται από την ικανότητά τους να ανταποκρίνονται σε αλλαγές πεδίου και να απενεργοποιούνται όταν το μαγνητικό κάλυμμα της θήκης είναι κλειστό. Λόγω αυτής της ιδιότητας, είναι εγκατεστημένα σε πλυντήρια, επιτρέποντάς σας να ελέγχετε την ταχύτητα περιστροφής του τυμπάνου. Με απλά λόγια - εδώ ο αισθητήρας Hall χρησιμοποιείται ως ταχύμετρο.
Ιστορικό υπόβαθρο
Για να κατανοήσετε την αρχή λειτουργίας αυτού του στοιχείου, θα χρειαστείτε μια μικρή εκδρομή στην ιστορία. Το 1879, ο Αμερικανός φυσικός Hall ανακάλυψε ένα ενδιαφέρον φαινόμενο που σχετίζεται με τη συμπεριφορά ενός αγωγού με ρεύμα σε μαγνητικό πεδίο. Η δοκιμή έδειξε ότι εάν ένα ρεύμα διέρχεται από μια πλάκα χαλκού τοποθετημένη μεταξύ των μαγνητών, τότε μια πιθανή διαφορά εμφανίζεται στις πλευρικές όψεις του. Ένα λογικό ερώτημα προκύπτει: πώς να ελέγξετε αυτήν την τάση στο σπίτι;
Αποδείχθηκε ότι στην πράξη μπορεί να είναι μετρήστε με ένα πολύμετρο ή οποιαδήποτε άλλη συσκευή που έχει τα κατάλληλα όρια. Το ίδιο μπορεί να γίνει με οποιονδήποτε κατάλληλο ελεγκτή ή παρόμοιο όργανο.
Η σύνδεση του μετρητή επιβεβαιώνει ότι τα κινούμενα ηλεκτρόνια εκτρέπονται προς την πλευρά υπό την επίδραση ενός μαγνητικού πεδίου (κάθετα προς την κατεύθυνση της κίνησής τους).
Σημαντικό! Το μέγεθος αυτής της απόκλισης ή πιθανής διαφοράς είναι ανάλογο με την «ισχύ» των μαγνητών και του ρεύματος μέσω της πλάκας.
Σε αυτή τη βάση, ο Hall κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ένας τέτοιος αγωγός είναι ένα καλό εργαλείο για τη μέτρηση του μαγνητικού πεδίου. Η λειτουργία ενός ειδικού ευαίσθητου στοιχείου που ονομάζεται αισθητήρας Hall βασίζεται σε αυτό το εφέ. Έχοντας καταλάβει πώς λειτουργεί σε κάθε συγκεκριμένη συσκευή, μπορείτε να είστε σίγουροι για την τελική αφομοίωση της αρχής λειτουργίας της.
Ταξινόμηση
Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τι είναι οι αισθητήρες Hall και με ποια αρχή ταξινομούνται συνήθως. Σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά του έργου και γιατί απαιτείται ή για τον επιδιωκόμενο σκοπό, ο αισθητήρας Hall μπορεί να έχει διάφορα σχέδια. Μία από τις ποικιλίες είναι αναλογικές συσκευές που παράγουν συνεχές σήμα στην έξοδο.
Αντιθέτως, ένα ψηφιακό στοιχείο έχει μόνο δύο διακριτές καταστάσεις ("μηδέν" και "μονάδα"). Αυτός ο τύπος συσκευής μπορεί να είναι μονοπολικός ή διπολικός.Το πρώτο από αυτά λειτουργεί όταν ανιχνεύεται ένα πεδίο πολικότητας και απενεργοποιείται όταν εξαφανίζεται. Δηλαδή, ένας μονοπολικός ψηφιακός αισθητήρας αποκρίνεται μόνο στην απουσία ή την παρουσία μαγνητικής τάσης. Τα εξεταζόμενα χαρακτηριστικά κάθε υποείδους βοηθούν επίσης να κατανοήσουμε τι είναι - ένας αισθητήρας Hall.
Οι μονοπολικοί αισθητήρες μεταβαίνουν στη «μονάδα» μόνο όταν το πεδίο φτάσει στο κατώφλι και δεν είναι σε θέση να προσδιορίσουν την παρουσία του σε αδύναμες εντάσεις. Η υποδεικνυόμενη ιδιότητα είναι ένα σημαντικό μείον τέτοιων συσκευών, περιορίζοντας σημαντικά το πεδίο εφαρμογής τους. Ο διπολικός αισθητήρας ενεργοποιείται λαμβάνοντας υπόψη την πολικότητα του μαγνητικού πεδίου, ένα εκ των οποίων το ενεργοποιεί και το άλλο το απενεργοποιεί.
Η συμβατική γραφική ονομασία συσκευών αυτής της κατηγορίας φαίνεται στην παρακάτω φωτογραφία:
Παραδείγματα συσκευών και χρήσης
Το απλούστερο σύστημα με αισθητήρα Hall περιλαμβάνει τα ακόλουθα στοιχεία:
- Μόνιμος μαγνήτης (η λειτουργία του είναι να δημιουργήσει ένα μαγνητικό πεδίο).
- Κινητός ρότορας με λεπίδες ή δόντια.
- Μια ειδική ράβδος κατασκευασμένη από μαγνητικό υλικό (μαγνητικός πυρήνας).
- Πλαστική θήκη.
Επιπλέον, το τεχνικό χαρακτηριστικό του αισθητήρα προβλέπει τη χρήση μικροκυκλωμάτων που εμπλέκονται στη διαδικασία μέτρησης.
Είναι δυνατόν να κατανοήσετε την αρχή της λειτουργίας αυτής της συσκευής εάν εξοικειωθείτε με το λεπτομερές διάγραμμα της συμπερίληψης του αισθητήρα Hall στη ζώνη μέτρησης. Το διάγραμμα σύνδεσης και η ουσία του αισθητήρα μπορούν να αναπαρασταθούν ως εξής:
- Στο κενό που σχηματίζεται από τα μισά του μαγνητικού κυκλώματος, οι μεταλλικές λεπίδες του ρότορα κινούνται.
- Όταν περιστρέφονται, συμβαίνει περιοδική μετατόπιση της μαγνητικής ροής.
- Το ολοκληρωμένο μικροκύκλωμα προβλέπει τον προσδιορισμό ενός δείκτη μηδενικής επαγωγής (σε αυτές τις στιγμές η τάση στην έξοδο του είναι μέγιστη).
- Η συχνότητα τέτοιων εκρήξεων, που υπολογίζεται με το ίδιο τσιπ, χρησιμοποιείται για να κριθεί η ταχύτητα περιστροφής ενός ελεγχόμενου αντικειμένου (για παράδειγμα ένας άξονας κινητήρα σε μια μοτοσικλέτα).
Για να προχωρήσει κανονικά αυτή η διαδικασία, όταν ο αισθητήρας περιλαμβάνεται στο κύκλωμα μέτρησης, πρέπει να ληφθεί υπόψη το pinout αυτού του δείγματος (μπορεί να είναι διαφορετικό).
Συνοψίζοντας το εξεταζόμενο σχήμα, θα πρέπει να υποτεθεί ότι οι αισθητήρες αυτής της κατηγορίας μπορούν να μετρήσουν την ταχύτητα περιστροφής του στροφαλοφόρου άξονα οποιουδήποτε κινούμενου οχήματος. Η καθολικότητα του αισθητήρα, η οποία δεν αποκλείει τη δυνατότητα εγκατάστασής του σε ένα σκούτερ, για παράδειγμα, σας επιτρέπει να χρησιμοποιείτε τον αισθητήρα Hall όχι μόνο σε πολύπλοκες τεχνικές συσκευές, αλλά και σε συνηθισμένες οικιακές συσκευές.
Εφαρμογή στο σύστημα ανάφλεξης και τα πλυντήρια
Όταν χρησιμοποιείτε τον αισθητήρα Hall στο σύστημα ανάφλεξης του οχήματος, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να διορθώσει τη στιγμή ανοίγματος του διανομέα. Σε αυτήν την περίπτωση, λειτουργεί ως αναλογικός μετατροπέας, ο οποίος καθορίζει τις στιγμές διακοπής του ενσωματωμένου τροφοδοτικού. Η χρήση του στις μονάδες λειτουργίας του πλυντηρίου βασίζεται στην ίδια αρχή, η οποία επιτρέπει τον προσδιορισμό της αύξησης του βάρους των ρούχων από την ταχύτητα περιστροφής του τυμπάνου.
Οι αισθητήρες αιθουσών εγκαθίστανται σε ορισμένα δείγματα εξοπλισμού μέτρησης. Τις περισσότερες φορές διαθέτουν σφιγκτήρες χωρίς επαφή που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση του ρεύματος στους αγωγούς. Η ενσωματωμένη συσκευή ανταποκρίνεται σε αλλαγές στο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που δημιουργούνται γύρω από το καλώδιο τροφοδοσίας. Επιπλέον, είναι κατάλληλο για τη λαβή αερίου ενός ηλεκτρικού ποδηλάτου, επιτρέποντάς σας να ελέγχετε τη γωνία περιστροφής.
Σε εγχώριες συνθήκες
Στα πληκτρολόγια υπολογιστών, αυτές οι συσκευές παρέχουν έναν τρόπο λήψης πληροφοριών χωρίς επαφή. Ο αισθητήρας, που είναι μέρος του οικιακού ψυγείου υπολογιστή, μπορεί να ελέγξει την πολικότητα των περιελίξεων του ρότορα, δηλαδή να αλλάξει την κατεύθυνση της περιστροφής του.
Όταν χρησιμοποιείτε ένα τέτοιο στοιχείο σε smartphone, ειδικότερα, παρέχει απενεργοποίηση της συσκευής όταν την τοποθετείτε σε θήκη με «μαγνητικό» συνδετήρα.
Λαμβάνοντας υπόψη την εφαρμογή αισθητήρων Hall με απλά λόγια, μπορούμε να πούμε ότι η χρήση του στον τεχνικό τομέα είναι πρακτικά απεριόριστη.Στον ηλεκτρονικό κατασκευαστή του Arduino, για παράδειγμα, υπάρχει ένα κιτ με έναν τέτοιο αισθητήρα, ο οποίος στην πράξη επιτρέπει την απεικόνιση του φαινομένου Hall.
Αυτό δεν είναι το μόνο παράδειγμα της χρήσης του για εκπαιδευτικούς σκοπούς, βοηθώντας τους αρχάριους χρήστες να κατανοήσουν πώς να συνδέσουν και να χρησιμοποιήσουν αισθητήρες δομής πεδίου.
Συμπερασματικά, σημειώνουμε ότι τα μειονεκτήματα των αισθητήρων Hall περιλαμβάνουν την ευαισθησία τους σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, η οποία συμβαίνει συχνά στα κυκλώματα λειτουργίας. Επιπλέον, η χρήση πολύπλοκων ηλεκτρονικών μονάδων στο σχεδιασμό της συσκευής επηρεάζει σε κάποιο βαθμό την αξιοπιστία της, μειώνοντας ελαφρώς την. Αυτά τα μειονεκτήματα του αισθητήρα δεν θεωρούνται ελαττώματα του, αλλά λαμβάνονται απλά υπόψη όταν εργάζεστε με τον εξοπλισμό.
Τώρα ξέρετε τι είναι ένας αισθητήρας Hall, πώς λειτουργεί και γιατί το χρειάζεστε. Ελπίζουμε ότι οι παρεχόμενες πληροφορίες ήταν χρήσιμες και ενδιαφέρουσες!
Σχετικά υλικά:
Φόρτωση ...
