Ανιχνευτής Hall

Ένας ανιχνευτής Hall περιέχει έναν κρύσταλλο ημιαγωγού με ένωση indium, όπως το indium antimonide, τοποθετημένο σε πλάκα στήριξης αλουμινίου και εγκλωβισμένο στην κεφαλή του καθετήρα. Το επίπεδο του κρυστάλλου είναι κάθετο στη λαβή του καθετήρα. Τα καλώδια σύνδεσης από τον κρύσταλλο κατεβαίνουν μέσω της λαβής στο κουτί κυκλώματος. Όταν ο αισθητήρας Hall κρατιέται έτσι ώστε οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου να περνούν σε ορθή γωνία μέσω του αισθητήρα του καθετήρα, ο μετρητής δίνει μια ένδειξη της τιμής της πυκνότητας μαγνητικής ροής (Β). Ένα ρεύμα διέρχεται από τον κρύσταλλο, ο οποίος, όταν τοποθετηθεί σε μαγνητικό πεδίο, έχει μια τάση "φαινόμενου Hall" που αναπτύσσεται σε αυτόν. Το φαινόμενο Hall φαίνεται όταν ένας αγωγός διέρχεται από ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο. Η φυσική μετατόπιση ηλεκτρονίων των φορέων φορτίου προκαλεί στο μαγνητικό πεδίο να εφαρμόσει μια δύναμη Lorentz (τη δύναμη που ασκείται σε ένα φορτισμένο σωματίδιο σε ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο) σε αυτούς τους φορείς φορτίου, με αποτέλεσμα τον διαχωρισμό φορτίων, με συσσώρευση είτε θετικών είτε αρνητικών φορτίων στο κάτω μέρος ή στο πάνω μέρος της πλάκας. Ο κρύσταλλος έχει μέγεθος 5 mm τετράγωνο. Η λαβή του καθετήρα, κατασκευασμένη από μη σιδηρούχο υλικό, δεν έχει ενοχλητική επίδραση στο πεδίο. Ένας ανιχνευτής Hall πρέπει να βαθμονομηθεί με μια γνωστή τιμή της έντασης του μαγνητικού πεδίου. Για μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, ο αισθητήρας Hall τοποθετείται στο κέντρο. κατασκευασμένο από μη σιδηρούχο υλικό, δεν έχει ενοχλητική επίδραση στο γήπεδο. Ένας ανιχνευτής Hall πρέπει να βαθμονομηθεί με μια γνωστή τιμή της έντασης του μαγνητικού πεδίου. Για μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, ο αισθητήρας Hall τοποθετείται στο κέντρο. κατασκευασμένο από μη σιδηρούχο υλικό, δεν έχει ενοχλητική επίδραση στο γήπεδο. Ένας ανιχνευτής Hall πρέπει να βαθμονομηθεί με μια γνωστή τιμή της έντασης του μαγνητικού πεδίου. Για μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, ο αισθητήρας Hall τοποθετείται στο κέντρο.

Αρχή λειτουργίας

Σε έναν αισθητήρα Hall, μια λεπτή λωρίδα μετάλλου έχει ένα ρεύμα που εφαρμόζεται κατά μήκος του. Παρουσία μαγνητικού πεδίου, τα ηλεκτρόνια στη μεταλλική ταινία εκτρέπονται προς τη μία άκρη, παράγοντας κλίση τάσης στη μικρή πλευρά της λωρίδας (κάθετα στο ρεύμα τροφοδοσίας). Οι αισθητήρες φαινομένου Hall έχουν ένα πλεονέκτημα έναντι των επαγωγικών αισθητήρων στο ότι, ενώ οι επαγωγικοί αισθητήρες ανταποκρίνονται σε ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο που προκαλεί ρεύμα σε ένα πηνίο σύρματος και παράγει τάση στην έξοδό του, οι αισθητήρες φαινομένου Hall μπορούν να ανιχνεύσουν στατικά (μη μεταβαλλόμενα) μαγνητικά πεδία.

Στην απλούστερη μορφή του, ο αισθητήρας λειτουργεί ως αναλογικός μετατροπέας, επιστρέφοντας άμεσα μια τάση. Με ένα γνωστό μαγνητικό πεδίο, μπορεί να προσδιοριστεί η απόσταση του από την πλάκα Hall. Χρησιμοποιώντας ομάδες αισθητήρων, μπορεί να συναχθεί η σχετική θέση του μαγνήτη.

Όταν μια δέσμη φορτισμένων σωματιδίων περνά μέσα από ένα μαγνητικό πεδίο, οι δυνάμεις δρουν στα σωματίδια και η δέσμη εκτρέπεται από την ευθύγραμμη πορεία. Η ροή των ηλεκτρονίων μέσω ενός αγωγού σχηματίζει μια δέσμη φορτισμένων φορέων. Όταν ένας αγωγός τοποθετηθεί σε ένα μαγνητικό πεδίο κάθετο στη διεύθυνση των ηλεκτρονίων, τότε αυτά εκτρέπονται από την ευθύγραμμη πορεία. Κατά συνέπεια, η μία πλευρά του αγωγού φορτίζεται αρνητικά και η αντίθετη πλευρά φορτίζεται θετικά. Η τάση μεταξύ αυτών των επιπέδων ονομάζεται τάση Hall.

Όταν η δύναμη στα φορτισμένα σωματίδια από το ηλεκτρικό πεδίο εξισορροπεί τη δύναμη που παράγεται από το μαγνητικό πεδίο, ο διαχωρισμός των φορτίων σταματά. Εάν το ρεύμα δεν αλλάζει, τότε η τάση Hall είναι ένα μέτρο της πυκνότητας της μαγνητικής ροής. Βασικά, υπάρχουν δύο είδη αισθητήρων φαινομένου Hall: γραμμικοί, πράγμα που σημαίνει ότι η έξοδος τάσης εξαρτάται γραμμικά από την πυκνότητα της μαγνητικής ροής. και κατώτατο όριο, πράγμα που σημαίνει ότι υπάρχει απότομη μείωση της τάσης εξόδου σε κάποια πυκνότητα μαγνητικής ροής. Αυτό το πείραμα ήταν εκείνο που απέδειξε ότι υπάρχουν μόνο αρνητικά φορτία ελεύθερα για κίνηση σε έναν αγωγό. Πριν από αυτό, θεωρούσαν ότι τα θετικά φορτία κινούνται σε έναν αγωγό που μεταφέρει ρεύμα. Αυτό το πείραμα είναι γνωστό ως πείραμα Hall.

Υλικά

Ο βασικός παράγοντας που καθορίζει την ευαισθησία των αισθητήρων φαινομένου Hall είναι η υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων. Ως αποτέλεσμα, τα ακόλουθα υλικά είναι ιδιαίτερα κατάλληλα για αισθητήρες φαινομένου Hall:

gallium arsenide (GaAs),
indium arsenide (InAs),
indium phosphide (InP),
indium antimonide (InSb),
graphene.

Πλεονεκτήματα
Ένας αισθητήρας εφέ Hall μπορεί να λειτουργεί ως ηλεκτρονικός διακόπτης.

Ένας τέτοιος διακόπτης κοστίζει λιγότερο από έναν μηχανικό διακόπτη και είναι πολύ πιο αξιόπιστος.
Μπορεί να λειτουργήσει σε υψηλότερες συχνότητες από έναν μηχανικό διακόπτη.
Δεν υποφέρει από αναπήδηση επαφής επειδή χρησιμοποιείται διακόπτης στερεάς κατάστασης με υστέρηση και όχι μηχανική επαφή.
Δεν επηρεάζεται από περιβαλλοντικούς ρύπους, αφού ο αισθητήρας βρίσκεται σε σφραγισμένη συσκευασία. Ως εκ τούτου, μπορεί να χρησιμοποιηθεί υπό σοβαρές συνθήκες.

Στην περίπτωση γραμμικού αισθητήρα (για μετρήσεις έντασης μαγνητικού πεδίου), αισθητήρας φαινομένου Hall:

μπορεί να μετρήσει ένα ευρύ φάσμα μαγνητικών πεδίων,
μπορεί να μετρήσει τόσο το σύμβολο όσο και το πλάτος,
μπορεί να είναι επίπεδο.

Μειονεκτήματα

Οι αισθητήρες φαινομένου Hall παρέχουν πολύ χαμηλότερη ακρίβεια μέτρησης από τα μαγνητόμετρα ροής ή τους αισθητήρες που βασίζονται σε μαγνητική αντίσταση. Επιπλέον, οι αισθητήρες φαινομένου Hall παρασύρονται σημαντικά, απαιτώντας αποζημίωση.