Close

Датчик Холла

Что такое датчик Холла?

Датчик Холла — магнитоэлектрическое устройство, получившее своё название от фамилии физика Холла, открывшего принцип, на основе которого впоследствии и был создан этот датчик. Попросту говоря — это датчик магнитного поля.

Какие бывают типы датчиков Холла?

Сейчас различают аналоговые и цифровые датчики Холла.

Цифровые датчики определяют наличие, либо же отсутствие поля. То есть, если индукция достигает некого порога — датчик выдаёт присутствие поля в виде некой логической единицы, если порог не достигнут – датчик выдаёт логический ноль. То есть, при слабой индукции и соответственно чувствительности датчика — наличие поля может быть не зафиксировано. Минус такого датчика – наличие зоны нечувствительности между порогами.

Цифровые датчики Холла так же разделены на: биполярные и униполярные.
Униполярные – срабатывают при наличии поля определённой полярности и отключаются при снижении индукции поля.
Биполярные – реагируют на смену полярности поля, то есть одна полярность – включает датчик, другая – выключает.

Аналоговые датчики Холла – преобразуют индукцию поля в напряжение, величина показанная датчиком зависит от полярности поля и его силы. Но опять же, нужно учитывать расстояние, на котором установлен датчик.

Для чего нужен датчик Холла?

Датчик Холла, используется для измерения силы тока в проводнике. В отличие от трансформатора тока, измеряет также и постоянный ток.
Эффект Холла позволяет определить концентрацию и подвижность носителей заряда, а в некоторых случаях − тип носителей заряда (электроны или дырки) в металле или полупроводнике, что делает его достаточно хорошим методом исследования свойств полупроводников.

Где используется датчик Холла?

Главное их достоинство – бесконтактное воздействие. Поэтому они нашли широкое применение в бесконтактных выключателях, измерителях уровня жидкости, приборах для бесконтактного измерения силы тока в проводниках, чтения магнитных кодов… Теперь более подробно:

  1. В бесколлекторных, или вентильных, электродвигателях (сервомоторах). Датчики закрепляются непосредственно на статоре двигателя и выступают в роли датчика положения ротора (ДПР), который реализует обратную связь по положению ротора и выполняет ту же функцию, что и коллектор в коллекторном ДПТ.
  2. В системах электронного зажигания двигателей внутреннего сгорания;
  3.  В приводах дисководов и двигателях вентиляторов компьютерной техники;
  4. В смартфонах;
  5. В электроизмерительных приборах (токоизмерительные клещи, пробники тока) для бесконтактного измерения силы тока.
  6. На основе эффекта Холла работают некоторые виды ионных реактивных двигателей;
  7. Google CardBoard – доступные очки виртуальной реальности, использующие смартфон. Так как при использовании устройства телефон находится внутри, единственным способом управления остается удаленное взаимодействие магнита, встроенного в единственную «кнопку» аксессуара, с датчиком Холла.

Зачем датчик Холла нужен в смартфоне?

  • Он используется навигационными программами для ускорения позиционирования и более точного определения направления движения. Благодаря магнитометру «холодный» старт GPS происходит быстрее.
  • В телефонах «раскладушках», чтобы включать или выключать экран при закрытии или открытии крышки.
  • В смартфонах для автоматической блокировки/разблокировки экрана при закрытии/открытии чехла. Датчик Холла реагирует на приближение магнита, расположенного в чехле (флипе), регистрируя усиление поля, и блокирует дисплей. При открытии интенсивность излучения снижается и экран активизируется.
  • В чехлах с окошком в верхней части, которые оставляют часть дисплея открытой для возможности использования отдельных функций, например для звонков, проигрывателя, часов. Регистрируя наличие/отсутствие повышенного магнитного поля, смартфон определяет, оставлять активным весь экран или только его часть.

Принцип работы датчика Холла

Как же устроен датчик Холла и откуда берётся это бесконтактное воздействие? Холл заметил, что если в магнитное поле поместить пластину под напряжением, то есть с протекающим по ней током, то электроны в этой пластине отклонятся перпендикулярно направлению магнитного потока. Направление такого отклонения зависит от полярности магнитного поля. Явление названо – эффектом Холла. Таким образом, плотность электронов на разных сторонах пластины будет отличаться, что создаст и разность потенциалов. Вот эту разность и улавливают датчики Холла.

Как сделать датчик Холла?

Если под рукой нет исправного датчика, можно создать несложное устройство, имитирующее его работу. Для этого понадобится всего лишь отрезок провода и трёхштекерная колодка от распределителя зажигания.

Для диагностики можно так же воспользоваться обыкновенным тестером. Если ваш датчик неисправен, то показатель тестера будет однозначно меньше 0.4 В.

Видео о датчике Холла.

Эффекты Холла

Эффект Холла — явление возникновения поперечной разности потенциалов при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле. Открыт Эдвином Холлом в 1879 году в тонких пластинках золота.

Аномальный эффект Холла

Случай появления напряжения (электрического поля) в образце, перпендикулярного направлению пропускаемого через образец тока, наблюдающегося в отсутствие приложенного постоянного магнитного поля (то есть явление, полностью аналогичное эффекту Холла, но наблюдающееся без внешнего постоянного магнитного поля), называется аномальным эффектом Холла.
Необходимым условием для наблюдения аномального эффекта Холла является нарушение инвариантности по отношению к обращению времени в системе. Например, аномальный эффект Холла может наблюдаться в образцах с намагниченностью.

Квантовый эффект Холла

В сильных магнитных полях в плоском проводнике (то есть в квазидвумерном электронном газе) в системе начинают сказываться квантовые эффекты, что приводит к появлению квантового эффекта Холла: квантованию холловского сопротивления. В ещё более сильных магнитных полях проявляется дробный квантовый эффект Холла, который связан с кардинальной перестройкой внутренней структуры двумерной электронной жидкости.

Спиновый эффект Холла

В случае отсутствия магнитного поля в немагнитных проводниках может наблюдаться отклонение носителей тока с противоположными направлениями спинов в разные стороны перпендикулярно электрическому полю. Это явление, получившее название спинового эффекта Холла, было теоретически предсказано Дьяконовым и Перелем в 1971 году. Говорят о внешнем и внутреннем спиновых эффектах. Первый из них связан со спин-зависимым рассеянием, а второй — со спин-орбитальным взаимодействием.

 


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Автор: Stas Zygar

Привет! С наступившим новым годом! Всем счастья.