Senzorji, drugo ime za senzorje, se uporabljajo za beleženje sprememb v različnih fizičnih količinah in za prenašanje prejetih informacij na procesne naprave. Če v vodnik vstavimo stalen naboj in ga damo v magnetno polje, potem nastane potencialna razlika. Ta učinek je leta 1897 odkril znanstvenik Edwin Hall. Na podlagi tega učinka je bil ustvarjen senzor, ki je bil po izumitelju imenovan Hallov senzor.
Načelo delovanja naprave
To je naprava, ki beleži jakost magnetnega toka. Pravzaprav je to senzor za prisotnost magnetnega polja. Senzorji so na voljo v digitalni in analogni vrsti. Prvi tip temelji na merjenju indukcije polja in nastajanju ustrezne napetosti, drugi tip pa se odziva na spremembo polarnosti magnetnega toka.
Načelo delovanja Hallovega senzorja temelji na galvanomagnetnem pojavu. Ta pojav je posledica interakcije magnetnega polja s polprevodnikom, ki je povezan z električno energijo, njegove električne lastnosti pa se spreminjajo. Hallov učinek se kaže, če v polprevodniku, ki se nahaja v magnetnem toku, nastane prečna napetost, ko skozi tok teče tok. V tem primeru je smer naboja pravokotna na vektor smeri polja. Pojav, ki se pojavlja, je razložen z dejstvom, da Lorentzova sila, ki vodi v njihov odboj, deluje na gibljive elektrone ali luknje v magnetnem toku.
V preprostem primeru je Hallov učinek predstavljen na naslednji način. V polprevodniku se pod vplivom Lorentzove sile nosilci naboja premikajo v različne smeri, ki ustrezajo njihovemu znaku. Na eni strani polprevodnika se kopičijo elektroni, negativni naboj, na drugi strani, od koder so se elektroni premaknili - pozitiven naboj. Med temi stranemi zaradi razlike v nabojih nastane električni tok, ki preprečuje gibanje nabojev pod vplivom Lorentzove sile. Ko pride trenutek enakosti Lorentzovih sil in magnetnega polja, polprevodnik preide v ravnovesje.
Po videzu so lahko tipala izdelana z različnim številom kontaktnih zatičev in so:
- dvokontaktni;
- tri-pin.
Ker je nivo signala na izhodih senzorjev nizek, je na njegove izhode priključen operacijski ojačevalnik. Ko dodate sprožilec, dobite preprosto napravo, ki deluje, ko dobite določeno vrednost magnetnega polja in vrsto prevodnosti. V digitalni elektroniki so senzorji, dopolnjeni z logičnimi elementi, razdeljeni v tri skupine:
Unipolarno. Naprava beleži samo spremembo ene vrednosti nosilcev naboja, luknje ali elektronske prevodnosti.- Bipolarno. Senzor se odziva na obe vrsti nosilcev naboja, vendar v zvezi z njimi izvaja nasprotna dejanja. Na primer, ko registrira elektronsko prevodnost, naprava, ki je nanjo priključena, začne delovati, pri registriranju prevodnosti lukenj pa se izklopi.
- Unipolarno. Preprosto registrirajo videz prevodnosti in niso odvisni od njegove vrste.
Senzor, ki v svojem primeru uporablja tri izhode, vsebuje tranzistor z odprtim kolektorjem, saj se v povezavi z ojačevalnikom signala uporablja majhen tok naprave.
Uporaba Hallovega učinka
Med nastalo razliko potenciala in magnetno indukcijo obstaja linearna povezava, kar vodi k njenemu pojavu. Tu so vgrajene naprave s Hallovim senzorjem za merjenje magnetne indukcije.
Naprave, ki uporabljajo Hallove pretvornike, se uporabljajo za vse vrste meritev. Z uporabo pojava, v katerem se magnetno polje pojavi pod vplivom električnega toka, je indukcija magnetne sile povezana z njim in ustvarijo se brezkontaktni merilniki jakosti toka. Takšna naprava je ugodna pri izračunu vrednosti velikih konstantnih tokov v žicah, ki bi jih bilo treba meriti s običajnim ampermetrom. Poleg tega se široko uporabljajo naprave s Hallovimi senzorji za merjenje električne energije, beleženje linearnih in kotnih premikov ter gostoto nabojev v polprevodniku.
Glavni parameter naprave, zgrajen na Hallovem učinku, je magnetna občutljivost. Zanj je značilno razmerje med pojavljeno napetostjo in vrednostjo magnetne indukcije, to pomeni, da je napetost pri indukciji enaka enoti.
Senzorji se še posebej uporabljajo pri elektromotorjih. V njih so senzorji nameščeni tako, da, ko so nameščeni na statorju, spremljajo položaj rotorja. Z namestitvijo stalnega magnetnega polja dobimo števec vrtljajev. Velikost magnetnega polja, ki zagotavlja senzor, je znotraj 150 Gauss.
Uporaba v avtomobilih
V avtomobilu se senzor uporablja v sistemu za vžig. Brez njegove udeležbe je nemoteno pravilno delovanje motorja v avtomobilu. Nahaja se na razdelilniku in določa trenutek pojava iskrice, ki nadomešča kontaktor. Tu se lahko uporabljajo tako bipolarni kot unipolarni senzorji.
Z merjenjem števila pojavljajočih se impulzov senzor obvesti enoto elektronike o potrebi po ustvarjanju iskrice. Struktura naprave vključuje: trajni magnet, kovinski zaslon z luknjami, polprevodniško ploščo. Shema dela temelji na dejstvu, da magnetni tok prodre skozi urejene luknje v polprevodnik, zaradi česar se pojavi potencialna razlika. Ko je reže zaslon zaprt, pretok ne prehaja in ne pride do napetosti. Tako z odpiranjem in zapiranjem rež z zaslonom nastane impulzni signal na izhodu naprave.
Senzor vsebuje tri sponke, glede na svoj odsev od leve proti desni:
- prvi je povezan s karoserijo avtomobila;
- na drugo se nanese napetost šest voltov;
- tretja se uporablja kot informativna.
Poleg tega se senzor uporablja za spremljanje trenutne preobremenitve. Ko pride do preobremenitve, se senzor segreje in toplotna zaščita se sprosti.
Zaradi nepravilnosti, ki se pojavijo pri delovanju senzorja, se pojavijo različne okvare, ki vplivajo na zagon motorja, pojav sunkov med delovanjem ali preprosto ustavljanje. Najlažje je preveriti funkcionalnost tipala v avtomobilu z vrtenjem ročične gredi in odmične gredi. Med normalnim delovanjem mora LED na nadzorni plošči utripati.
Če LED lučke na vozilu ni, je mogoče svetilko izvesti sami. Če želite to narediti, potrebujete en kilo-ohm upor, LED in žice. Upor je serijsko povezan z LED, upogibi na žicah pa so narejeni iz zasnove. Sušilni stroj se izklopi in žice so povezane z LED in upora, po katerem se odmična gred zavrti. Posledično mora LED utripati.
Za natančne rezultate je bolje preveriti senzor dvorane z multimetrom. Potrebovali boste poljuben preizkuševalec z možnostjo merjenja napetosti. Pri delujočem senzorju bo napetost na njegovih sponkah do 11 voltov. Najprej se izmeri prisotnost potrebnih napetosti na kontaktnem bloku razdelilnika. Običajno so tri napetosti enake 12 voltov, na enem kontaktu pa ne sme biti napetosti.
Vžig se vklopi. Pozitivna sonda je nameščena na izhodu terminala senzorja, negativna sonda pa na žici z ničelno vrednostjo napetosti. Napetost je približno 11 voltov. Pri krčenju motorne gredi se napetost mora spremeniti, najvišja vrednost pa ne sme pasti pod devet voltov, najnižja pa ne več kot 0, 5 V.
Hall pretvornik v pametnem telefonu
Hallsovi senzorji so majhnih velikosti našli svojo uporabo v elektronskih pripomočkih. S svojimi lastnostmi v pametnih telefonih se izboljša pozicioniranje, iskanje GPS se začne hitreje, življenjska doba baterije pa je daljša. S pomočjo senzorja, da se odziva na magnetno polje, se pretvornik uporablja tudi v telefonih in prenosnih računalnikih z naramnicami. Senzor zaseda mesto na sprednji strani naprave, kar poveča odzivnost na spremembo magnetnega polja.
Zaradi prisotnosti tipala se zaslon prenosnika samodejno vklopi, ko ga odprete, ali izklopi, ko ga zaprete. Tudi s telefonom - "raztegljiv". V pametnih telefonih se ta funkcija izvaja s pomočjo ovitka knjige. Senzor beleži velikost magnetnega polja, ki izhaja iz miniaturnega magneta, nameščenega na sredini pokrova. Ko odprete pokrov, moč magnetnega toka oslabi, naprava pa vklopi osvetlitev ozadja.
Pomembno je upoštevati, da uporaba magneta nima negativnega vpliva na pripomoček, sam Hallov senzor pa načeloma uporablja registracijo magnetnega toka. Registrira moč magnetnega polja in ne primerja njegove jakosti. Konverter Hall v mobilnih napravah ima tudi naslednje funkcije:
- pomaga pri orientaciji na zemeljskem obzorju;
- zagotavlja kompas naprave;
- Vklopi in izklopi zaslon pri skupni rabi z magnetom.
Zaslonska usmeritev je funkcija, ki se uporablja v katerem koli sodobnem telefonu. Z drugačnim položajem pripomočka v prostoru bo slika na zaslonu vedno pravilna in ne na glavo. Takšno funkcijo lahko tudi izklopite, zato v nastavitvah pametnega telefona zaporedno izberete: nastavitve, zaklenjen zaslon, napredne funkcije, pametni način. Če v nastavitvah ni nobenega elementa, boste morali pretvornik pretvoriti iz vezja.
Poleg tega posebno mikro vezje, ki sprejema signal iz Hallovega pretvornika, vodi do popravka slike. To se kaže pri fotografiranju ali pri spreminjanju časa dneva. Naprava, ki sodeluje pri delu GPS navigacije, pripomore k večji natančnosti pozicioniranja.
Če želite vedeti, kako preveriti Hallov senzor v telefonu, ne potrebujete posebnih znanj. Če želite to narediti, prinesite kateri koli magnet na ohišje ali zaslon naprave. Ko deluje, bo zaslon prazen; če magnet odstranimo, se bo zasvetil.
Naprava v gospodinjskih aparatih
Zelo pogosto se v domači napravi, ki uporablja motor (na primer pralni stroj), uporablja Hallov senzor za izračun števila vrtljajev. Ima obliko obroča z dvema žicama in je pritrjen na rotor elektromotorja. Njegovo delo je organizirano na naslednji način: zaradi vrtenja gredi se senzorju nanese napetost, katere moč je odvisna od hitrosti vrtenja rotorja. Večji kot so vrtljaji, večja je potencialna razlika. Elektronska enota analizira vrednost napetosti in nastavi zahtevano hitrost vrtenja.
Če želite preveriti pretvornik, morate vzeti multimeter in zvoniti upor senzorja. Normalna vrednost delovne naprave je približno 60 ohmov. Če multimetra ni, lahko vzamete preprost voltmeter in izmerite napetost na mestu, kjer je sam senzor priključen.
Vzorec za praktično ponavljanje
Preprosta shema uporabe Hallovega senzorja, ki se uporablja za registracijo odpiranja vrat, ni težko samonastaviti. Prednost uporabe senzorja je, da njegovo delovanje ne potrebuje mehanskega stika, kot je trstično stikalo. Senzor je nameščen na okvirju vrat, magnet pa na vratih. Vezje temelji na senzorju MH 183 in čipu CD 4093 . Vir energije je devet voltov.
Ko je izpostavljen magnetnemu toku, je tranzistorsko stikalo v aktivnem stanju. Signal iz senzorja gre na vhod mikrovezja in prepoveduje delovanje njegovega generatorja. LED1 sveti. Če se vrata odprejo, magnetna sila, ki deluje na senzor, oslabi ali izgine, generator pa se sproži v mikrovezju in LED ugasne. Upor R1 je zasnovan za zaščito Hallovega pretvornika pred povratno napetostno okvaro. Hallov senzor je našel svojo uporabo na številnih področjih in je nepogrešljivo orodje za ljudi v vsakdanjem življenju. Zahvaljujoč njemu so tako imenovane "pametne" naprave.