Czujniki, inna nazwa czujników, służą do rejestrowania zmian w różnych wielkościach fizycznych i przesyłania otrzymanych informacji do urządzeń przetwarzających. Jeśli do przewodu zostanie doprowadzony stały ładunek i umieszczony w polu magnetycznym, powstanie różnica potencjałów. Efekt ten odkrył w 1897 r. Naukowiec Edwin Hall. W oparciu o ten efekt stworzono czujnik, nazwany tak od wynalazcy, jak czujnik Halla.

Zasada działania urządzenia

Jest to urządzenie rejestrujące natężenie strumienia magnetycznego. W rzeczywistości jest to czujnik obecności pola magnetycznego. Czujniki są dostępne zarówno w wersji cyfrowej, jak i analogowej. Pierwszy typ opiera się na pomiarze indukcji pola i tworzeniu odpowiedniego napięcia, a drugi typ reaguje na zmianę polaryzacji strumienia magnetycznego.

Zasada działania czujnika Halla opiera się na zjawisku galwanomagnetycznym. Zjawisko to jest wynikiem interakcji pola magnetycznego z półprzewodnikiem, który jest podłączony do energii elektrycznej, a jego właściwości elektryczne ulegają zmianie. Efekt Halla przejawia się, gdy w półprzewodniku powstającym w strumieniu magnetycznym powstaje napięcie poprzeczne, gdy przepływa przez niego prąd. W tym przypadku kierunek ładunku jest prostopadły do ​​wektora kierunku pola. Powstające zjawisko tłumaczy się tym, że siła Lorentza, która prowadzi do ich ugięcia, działa na poruszające się elektrony lub dziury w strumieniu magnetycznym.

W prostym przykładzie efekt Halla przedstawiono w następujący sposób. W półprzewodniku, pod wpływem siły Lorentza, nośniki ładunku poruszają się w różnych kierunkach odpowiadających ich znakowi. Po jednej stronie półprzewodnika gromadzą się elektrony, ładunek ujemny, a po drugiej stronie, z której poruszały się elektrony, ładunek dodatni. Pomiędzy tymi stronami, z powodu różnicy ładunków, powstaje prąd elektryczny, który uniemożliwia ruch ładunków pod wpływem siły Lorentza. Kiedy nadchodzi moment równości sił Lorentza i pola magnetycznego, półprzewodnik przechodzi w stan równowagi.

Z wyglądu czujniki mogą być produkowane z inną liczbą styków i są:

  • podwójny kontakt;
  • trzy-pin.

Ponieważ poziom sygnału na wyjściach czujnika jest niski, wzmacniacz operacyjny jest podłączony do jego wyjść. Po dodaniu wyzwalacza uzyskuje się proste urządzenie, które działa po uzyskaniu określonej wartości pola magnetycznego i rodzaju przewodnictwa. W elektronice cyfrowej czujniki uzupełnione elementami logicznymi są podzielone na trzy grupy:

  1. Unipolarny. Urządzenie rejestruje tylko zmianę jednej wartości nośników ładunku, przewodnictwa dziurowego lub elektronowego.
  2. Dwubiegunowa Czujnik reaguje na oba typy nośników ładunku, ale wykonuje wobec nich przeciwne działania. Na przykład podczas rejestrowania przewodnictwa elektronicznego podłączone do niego urządzenie zaczyna działać, a podczas rejestrowania przewodności otworu wyłącza się.
  3. Unipolarny. Po prostu rejestrują wygląd przewodnictwa i nie zależą od jego rodzaju.

Czujnik wykorzystujący w swojej obudowie trzy wyjścia zawiera tranzystor z otwartym kolektorem, ponieważ niewielki prąd urządzenia jest wykorzystywany w połączeniu ze wzmacniaczem sygnału.

Stosowanie efektu Halla

Istnieje liniowa zależność między wynikową różnicą potencjałów a indukcją magnetyczną, co prowadzi do jej pojawienia się. Tutaj budowane są urządzenia z czujnikiem Halla mierzącym indukcję magnetyczną.

Urządzenia wykorzystujące przetworniki Halla są używane do wszelkiego rodzaju pomiarów. Wykorzystując zjawisko, w którym pole magnetyczne pojawia się pod wpływem prądu elektrycznego, indukcja siły magnetycznej jest z nim skorelowana i powstają bezdotykowe mierniki siły prądu. Takie urządzenie jest korzystne w obliczaniu wartości dużych stałych prądów w drutach, które przy pomiarze konwencjonalnym amperomierzem musiałyby zostać zerwane. Ponadto szeroko stosowane są urządzenia z czujnikami Halla do pomiaru energii elektrycznej, rejestrowania przemieszczeń liniowych i kątowych oraz gęstości nośników ładunku w półprzewodniku.

Głównym parametrem urządzenia, opartym na efekcie Halla, jest czułość magnetyczna. Charakteryzuje się stosunkiem pojawiającego się napięcia do wartości indukcji magnetycznej, to znaczy napięcie przy indukcji jest równe jedności.

Czujniki zostały szczególnie zastosowane w silnikach elektrycznych. W nich czujniki są ustawione w taki sposób, że po zamontowaniu na stojanie śledzą pozycję wirnika. Po zainstalowaniu magnesu stałego uzyskuje się obrotomierz. Wielkość pola magnetycznego zapewniającego czujnik mieści się w zakresie 150 Gaussów.

Używaj w samochodach

W samochodzie czujnik jest stosowany w układzie zapłonowym. Bez jego udziału prawidłowe działanie silnika w samochodzie jest niemożliwe. Znajduje się na dystrybutorze i określa moment pojawienia się iskry, zastępując stycznik. Można tutaj zastosować czujniki bipolarne i jednobiegunowe.

Poprzez pomiar liczby występujących impulsów czujnik informuje jednostkę elektroniczną o potrzebie wytworzenia iskry. Struktura urządzenia obejmuje: magnes stały, metalowy ekran z otworami, płytkę półprzewodnikową. Schemat pracy opiera się na fakcie, że strumień magnetyczny przenika przez rozmieszczone otwory do półprzewodnika, w wyniku czego pojawia się różnica potencjałów. Gdy szczeliny są zamknięte przez ekran, przepływ nie przechodzi i nie powstaje napięcie. W ten sposób, otwierając i zamykając szczeliny za pomocą ekranu, generowany jest sygnał impulsowy na wyjściu urządzenia.

Czujnik zawiera trzy zaciski, zgodnie z pinoutem od lewej do prawej:

  • pierwszy jest podłączony do karoserii;
  • napięcie sześciu woltów jest przykładane do drugiego;
  • trzeci służy jako informacja.

Ponadto czujnik służy do monitorowania prądu przeciążenia. Gdy wystąpi przeciążenie, czujnik nagrzewa się i wyłącza się zabezpieczenie termiczne.

Z powodu nieprawidłowości, które występują w działaniu czujnika, powstają różne awarie, które wpływają na uruchomienie silnika, pojawienie się szarpnięć podczas pracy lub po prostu jego zatrzymanie. Najłatwiej jest sprawdzić funkcjonalność czujnika w samochodzie, obracając wał korbowy i wałek rozrządu. Podczas normalnej pracy dioda LED znajdująca się na panelu sterowania powinna migać.

W przypadku braku wbudowanej diody LED możliwe jest samodzielne wykonanie oprawy. Aby to zrobić, potrzebujesz rezystora 1 kilo-omowego, diody LED i przewodów. Rezystor jest połączony szeregowo z diodą LED, a łuki na drutach wykonane są z projektu. Kubek jest wyłączony, a przewody są połączone z diodą LED i rezystorem, po czym wałek rozrządu obraca się. W rezultacie dioda LED powinna migać.

Aby uzyskać dokładne wyniki, lepiej sprawdzić czujnik Halla za pomocą multimetru. Będziesz potrzebował dowolnego testera z możliwością pomiaru napięcia. Przy działającym czujniku napięcie na jego zaciskach wyniesie do 11 woltów. Najpierw mierzona jest obecność niezbędnych napięć na bloku styków dystrybutora. Zwykle występują trzy napięcia równe 12 woltom i na jednym styku nie powinno być napięcia.

Zapłon włącza się. Sonda dodatnia jest instalowana na wyjściu zacisku czujnika, a sonda ujemna na przewodzie o zerowej wartości napięcia. Napięcie wynosi około 11 woltów. Podczas rozruchu wału korbowego napięcie powinno się zmieniać, a najwyższa wartość nie powinna spaść poniżej dziewięciu woltów, a najniższa nie powinna przekraczać 0, 5 V.

Konwerter Halla w smartfonie

Dzięki niewielkim rozmiarom czujniki Halla znalazły zastosowanie w gadżetach elektronicznych. Wykorzystanie jego właściwości w smartfonach poprawia pozycjonowanie, wyszukiwanie GPS jest uruchamiane szybciej, a żywotność baterii jest dłuższa. Wykorzystując zdolność czujnika do reagowania na pole magnetyczne, konwerter jest również stosowany w telefonach i laptopach z klapką. Czujnik zajmuje miejsce z przodu urządzenia, co zwiększa jego reakcję na zmianę pola magnetycznego.

Ze względu na obecność czujnika ekran laptopa włącza się automatycznie po jego otwarciu lub wyłącza się po jego zamknięciu. Również z telefonem - „klapka”. W smartfonach funkcja ta jest realizowana za pomocą okładki książki. Czujnik rejestruje wielkość pola magnetycznego emanującego z miniaturowego magnesu zamontowanego na środku pokrywy. Po otwarciu pokrywy siła strumienia magnetycznego słabnie, a urządzenie włącza podświetlenie.

Należy zauważyć, że użycie magnesu nie ma żadnego negatywnego wpływu na gadżet, a sam czujnik Halla w zasadzie wykorzystuje rejestrację strumienia magnetycznego. Rejestruje siłę pola magnetycznego i nie porównuje jego siły. Konwerter Hall w urządzeniach mobilnych ma również następujące funkcje:

  • pomaga w orientacji na horyzoncie ziemi;
  • zapewnia kompas urządzenia;
  • Włącza i wyłącza ekran podczas udostępniania z magnesem.

Orientacja ekranu to funkcja używana w każdym nowoczesnym telefonie. Przy innej pozycji gadżetu w przestrzeni obraz na ekranie zawsze będzie poprawny, a nie odwrócony. Możesz również wyłączyć taką funkcję, w tym celu w ustawieniach smartfona wybierasz kolejno: ustawienia, ekran blokady, zaawansowane funkcje, tryb inteligentny. Jeśli w ustawieniach nie ma żadnego elementu, konieczne będzie odlutowanie konwertera z obwodu.

Ponadto specjalny mikroukład, odbierający sygnał z przetwornika Halla, prowadzi do korekcji obrazu. Przejawia się to podczas fotografowania lub zmiany pory dnia. Uczestnicząc w pracach nawigacji GPS, urządzenie pomaga zwiększyć dokładność pozycjonowania.

Aby wiedzieć, jak sprawdzić czujnik Halla w telefonie, nie potrzebujesz specjalnych umiejętności. Aby to zrobić, umieść dowolny magnes na obudowie lub ekranie urządzenia. Po uruchomieniu ekran zgaśnie; jeśli magnes zostanie wyjęty, zaświeci się.

Urządzenie w sprzęcie AGD

Bardzo często w urządzeniu gospodarstwa domowego, które korzysta z silnika (na przykład pralki), czujnik Halla służy do obliczania liczby obrotów. Ma postać pierścienia z dwoma drutami i jest przymocowany do wirnika silnika elektrycznego. Jego praca jest zorganizowana w następujący sposób: z powodu obrotu wału do czujnika przykładane jest napięcie, którego siła zależy od prędkości obrotowej wirnika. Im wyższe obroty, tym większa potencjalna różnica. Jednostka elektroniczna analizuje wartość napięcia i ustawia wymaganą prędkość obrotową.

Aby sprawdzić konwerter, musisz wziąć multimetr i zadzwonić o rezystancję czujnika. Normalna wartość działającego urządzenia wynosi około 60 omów. Jeśli nie ma multimetru, możesz wziąć prosty woltomierz i zmierzyć napięcie w miejscu, w którym podłączony jest sam czujnik.

Wzór do praktycznego powtórzenia

Prosty schemat wykorzystujący czujnik Halla, używany do rejestrowania otwarcia drzwi, nie jest trudny do samodzielnego montażu. Zaletą stosowania czujnika jest to, że jego działanie nie wymaga kontaktu mechanicznego, takiego jak kontaktron. Czujnik znajduje się na ramie drzwi, a magnes na drzwiach. Obwód oparty jest na czujniku MH 183 i układzie CD 4093 . Źródło zasilania wynosi dziewięć woltów.

Pod wpływem strumienia magnetycznego przełącznik tranzystora znajduje się w stanie aktywnym. Sygnał z czujnika trafia na wejście mikroukładu i uniemożliwia działanie jego generatora. Dioda LED1 jest włączona. Jeśli drzwi się otworzą, siła magnetyczna działająca na czujnik osłabnie lub zniknie, a generator uruchomi się w mikroukładzie i dioda LED zgaśnie. Rezystor R1 jest przeznaczony do ochrony przetwornika Halla przed odwrotnym przebiciem napięcia. Czujnik Halla znalazł zastosowanie w wielu obszarach i jest niezbędnym narzędziem dla ludzi w codziennym życiu. To dzięki niemu istnieją tak zwane „inteligentne” urządzenia.

Kategoria:

Technologia