Сензорите, друго име на сензорите, се използват за записване на промени в различни физически количества и предаване на получената информация на обработващи устройства. Ако постоянен заряд се подава към проводника и се поставя в магнитно поле, тогава ще възникне потенциална разлика. Този ефект е открит през 1897 г. от учения Едвин Хол. Въз основа на този ефект е създаден сензор, кръстен на изобретателя като сензор на Хол.
Принципът на работа на устройството
Това е устройство, което записва интензитета на магнитния поток. Всъщност това е сензор за наличието на магнитно поле. Сензорите се предлагат както в цифров, така и в аналогов тип. Първият тип се основава на измерване на индукцията на полето и образуването на съответното напрежение, а вторият тип реагира на промяна в полярността на магнитния поток.
Принципът на работа на сензора на Хол се основава на феномена галваномагнит. Това явление е резултат от взаимодействието на магнитно поле с полупроводник, което е свързано с електрическа енергия, и електрическите му свойства се променят. Ефектът на Хол се проявява, ако напречно напрежение се формира в полупроводник, разположен в магнитен поток, когато през него тече ток. В този случай посоката на заряда е перпендикулярна на вектора на посоката на полето. Възникващото явление се обяснява с факта, че силата на Лоренц, която води до тяхното отклонение, действа върху движещи се електрони или дупки в магнитния поток.
В прост пример ефектът на Хол е представен по следния начин. В полупроводник, под въздействието на силата на Лоренц, носителите на заряд се движат в различни посоки, съответстващи на знака им. От едната страна на полупроводника се натрупват електрони, отрицателен заряд, а от другата страна, откъдето се движат електроните - положителен заряд. Между тези страни, поради разликата в зарядите, се образува електрически ток, който предотвратява движението на зарядите под въздействието на силата на Лоренц. Когато настъпи моментът на равенство на силите на Лоренц и магнитното поле, полупроводникът преминава в равновесие.
На външен вид сензорите могат да бъдат произведени с различен брой контактни щифтове и са:
- двоен накрайник;
- три-пинов.
Тъй като нивото на сигнала на изходите на сензора е ниско, към неговите изходи е свързан оперативен усилвател. Когато добавите спусък, получавате обикновено устройство, което работи, когато се получи определена стойност на магнитното поле и вид проводимост. В цифровата електроника сензорите, допълнени от логически елементи, са разделени на три групи:
Униполярен. Устройството записва промяна само в една стойност на носителите на заряда, дупката или електронната проводимост.- Биполярно. Сензорът реагира и на двата типа носители на заряд, но извършва противоположни действия по отношение на тях. Например, когато регистрира електронна проводимост, свързаното към него устройство започва да работи, а когато регистрира проводимост на дупките, се изключва.
- Униполярен. Те просто регистрират появата на проводимост и не зависят от нейния тип.
Сензор, използващ три изхода в своя случай, съдържа транзистор с отворен колектор, тъй като малкият ток на устройството се използва заедно с усилвател на сигнала.
Прилагане на ефекта на Хол
Съществува линейна връзка между получената разлика в потенциала и магнитната индукция, което води до появата му. Тук се изграждат устройства със сензор на Хол, измерващи магнитната индукция.
Устройствата, използващи преобразуватели на Хол, се използват за всички видове измервания. Използвайки явлението, при което магнитното поле се появява под въздействието на електрически ток, индукцията на магнитната сила се корелира с него и се създават безконтактни измерватели на силата на тока. Такова устройство е изгодно при изчисляване на стойностите на големи постоянни токове в проводниците, които при измерване с конвенционален амперметър би трябвало да бъдат прекъснати. Освен това широко се използват устройства с датчици на Хол за измерване на електрическа мощност, записване на линейни и ъглови премествания и плътността на носителите на заряд в полупроводник.
Основният параметър на устройството, изграден върху ефекта на Хол, е магнитната чувствителност. Характеризира се със съотношението на появяващото се напрежение към стойността на магнитната индукция, тоест напрежението при индукция е равно на единица.
Сензорите са особено използвани в електрическите двигатели. При тях сензорите са разположени по такъв начин, че когато са монтирани на статор, те проследяват позицията на ротора. Чрез инсталиране на постоянен полев магнит се получава оборотен брояч. Величината на магнитното поле, което осигурява сензора, е в рамките на 150 Gauss.
Използване в автомобили
В колата сензорът се използва в системата за запалване. Без неговото участие правилната работа на мотора в автомобил е невъзможна. Той се намира на разпределителя и определя момента, в който се появи искрата, заменя контактора. Тук могат да се използват както биполярни, така и еднополярни сензори.
Чрез измерване на броя на появяващите се импулси сензорът информира електрониката за необходимостта от създаване на искра. Структурата на устройството включва: постоянен магнит, метален екран с отвори, полупроводникова плоча. Схемата на работа се основава на факта, че магнитният поток прониква през подредените отвори в полупроводника, в резултат на което се появява потенциална разлика. Когато слотовете са затворени от екран, потокът не преминава и не възниква напрежение. По този начин, чрез отваряне и затваряне на слотовете с екрана, на изхода на устройството се генерира импулсен сигнал.
Сензорът съдържа три терминала, в съответствие с изхода отляво надясно:
- първият е свързан с каросерията на автомобила;
- към второто се прилага напрежение от шест волта;
- третият се използва като информационен.
В допълнение, сензорът се използва за наблюдение на текущото претоварване. Когато възникне претоварване, сензорът се загрява и термичната защита се изключва.
Поради нередности, които възникват в работата на сензора, възникват различни неизправности, които се отразяват на стартирането на двигателя, появата на шутове по време на работа или просто спирането му. Най-лесно е да проверите функционалността на сензора в колата, като завъртите коляновия и разпределителния вал. По време на нормална работа светодиодът, разположен на контролния панел, трябва да мига.
При липса на борден светодиод е възможно да извършите приспособлението сами. За целта ви е необходим резистор от един килограм, светодиод и проводници. Резисторът е свързан последователно със светодиода, а завоите на проводниците са направени от дизайна. Туморът е изключен и проводниците са свързани от светодиода и резистора, след което разпределителният вал се завърта. В резултат на това светодиодът трябва да мига.
За точни резултати е по-добре да проверите сензора на хола с мултицет. Ще ви трябва всеки тестер с възможност за измерване на напрежение. При работещ сензор напрежението в неговите клеми ще бъде до 11 волта. Първо се измерва наличието на необходимите напрежения върху контактния блок на разпределителя. Обикновено има три напрежения, равни на 12 волта, и не трябва да има напрежение на един контакт.
Запалването се включва. Положителната сонда е инсталирана на изхода на клемата на сензора, а отрицателната сонда върху проводника с нулева стойност на напрежението. Напрежението е около 11 волта. При нагъване на коляновия вал напрежението трябва да се промени, докато най-високата стойност не трябва да пада под девет волта, а най-ниската трябва да бъде не повече от 0, 5 V.
Конвертор на Хол в смартфон
Имайки малки размери, сензорите на Хол са намерили своето приложение в електронните джаджи. Използвайки свойствата му в смартфони, позиционирането се подобрява, GPS търсенето се стартира по-бързо и животът на батерията е по-дълъг. Използвайки способността на сензора да реагира на магнитно поле, преобразувателят се използва и в телефони и лаптопи с разтегателен клапан. Сензорът заема местоположението от предната страна на устройството, което увеличава неговата реакция на промяна в магнитното поле.
Поради наличието на сензора, екранът на лаптопа автоматично се включва, когато го отворите, или се изключва, когато го затворите. Също така с телефона - „мида“. В смартфоните тази функция се реализира с помощта на корица за книги. Сензорът записва величината на магнитното поле, излъчвано от миниатюрен магнит, монтиран в средата на капака. Когато отворите капака, силата на магнитния поток отслабва и устройството се включва на подсветката.
Важно е да се отбележи, че използването на магнит няма отрицателен ефект върху приспособлението, а самият сензор на Хол по принцип използва регистрация на магнитен поток. Той регистрира силата на магнитното поле и не сравнява неговата сила. Конверторът на Hall в мобилни устройства също има следните функции:
- помага при ориентация на хоризонта на земята;
- осигурява компаса на устройството;
- Включва и изключва екрана при споделяне с магнит.
Екранната ориентация е функция, използвана на всеки модерен телефон. При различна позиция на приспособлението в пространството, изображението на екрана винаги ще бъде правилно, а не наопаки. Можете също да изключите такава функция, за това в настройките на смартфона избирате последователно: настройки, заключен екран, разширени функции, интелигентен режим. Ако няма настройка в настройките, ще трябва да отвиете конвертора от веригата.
В допълнение, специална микросхема, приемаща сигнал от преобразувателя на Хол, води до корекция на изображението. Това се проявява при фотографиране или при промяна на времето на деня. Участвайки в работата на GPS навигацията, устройството помага за увеличаване на точността на позициониране.
За да знаете как да проверите сензора на Хол в телефона, не са ви необходими специални умения. За да направите това, донесете всеки магнит към кутията или екрана на устройството. Когато работи, екранът ще се изпразни; ако магнитът е отстранен, той ще светне.
Устройство в домакински уреди
Много често в домашен уред, който използва мотор (например пералня), се използва сензор на Хол за изчисляване на броя на оборотите. Той има формата на пръстен с две проводници и е прикрепен към ротора на електродвигателя. Работата му е организирана по следния начин: поради въртенето на вала се прилага напрежение към сензора, силата на което зависи от скоростта на въртене на ротора. Колкото по-големи са оборотите, толкова по-голяма е потенциалната разлика. Електронният блок анализира стойността на напрежението и задава необходимата скорост на въртене.
За да проверите конвертора, трябва да вземете мултицет и да звъните на съпротивлението на сензора. Нормалната стойност на работещото устройство е около 60 ома. Ако няма мултицет, можете да вземете обикновен волтметър и да измерите напрежението на мястото, където е свързан самият сензор.
Образец за практическо повторение
Една проста схема, използваща сензор на Хол, използван за регистриране на отваряне на врата, не е трудна за самостоятелно сглобяване. Предимството на използването на датчик е, че работата му не изисква механичен контакт, като тръстов превключвател. Сензорът е разположен на рамката на вратата, а магнитът на вратата. Веригата е базирана на сензор MH 183 и чип CD 4093 . Източникът на мощност е девет волта.
Когато е изложен на магнитен поток, транзисторният превключвател е в активно състояние. Сигналът от сензора отива към входа на микросхемата и забранява работата на нейния генератор. LED1 е включен. Ако вратата се отвори, магнитната сила, действаща върху сензора, отслабва или изчезва, а генераторът стартира в микросхемата и светодиодът изгасва. Резистор R1 е проектиран да предпазва преобразувателя на Хол от прекъсване на обратното напрежение. Сензорът на Хол намери своето приложение в много области и е незаменим инструмент за хората в ежедневието. Благодарение на него има така наречените „умни“ устройства.