Sensor d'efecte Hall
Els sensors d'efecte Hall detecten la intensitat del camp magnètic i la direcció d'un imant permanent o electroimant. La sortida del sensor d'efecte hall és una funció del seu camp magnètic i pot detectar camps magnètics positius i negatius.
Principi de funcionament del sensor d'efecte Hall
Un camp magnètic extern activa sensors d'efecte hall. Els camps magnètics es representen amb la densitat de flux (B) i pels seus pols magnètics, com ara el pol nord o el pol sud. El magnetisme al voltant del sensor d'efecte hall determina el seu senyal de sortida. Quan la densitat de flux magnètic ambiental supera un valor llindar predeterminat, el sensor produeix una tensió Hall, VH.
Els sensors semiconductors són semiconductors de tipus p com l'arsenur de gal·li (GaAs), l'arsenur d'indi (InAs) i l'antimònia d'indi (InSb) que condueixen el corrent continu. El material semiconductor experimenta una força en presència de camp magnètic, fent que tant els electrons com els forats es moguin cap als costats de la capa semiconductora. A mesura que els electrons i els forats es mouen a banda i banda, es desenvolupa una diferència de potencial entre els diferents costats dels semiconductors. En materials rectangulars plans, un camp magnètic extern perpendicular al material semiconductor té un efecte més gran sobre la mobilitat dels electrons.
L'efecte hall mostra el tipus de pol magnètic i la seva intensitat de camp. Per exemple, hi ha una tensió en un dels pols de l'imant, però no en l'altre. Els sensors d'efecte Hall solen estar 'apagats' i actuen com un circuit obert quan no hi ha camp magnètic. Només es tanquen sota un camp magnètic fortament polaritzat (circuit tancat).
Característiques del sensor magnètic d'efecte Hall
La tensió de sala (V H ) del sensor d'efecte hall és una funció de la seva intensitat de camp magnètic (H). La majoria dels dispositius comercials d'efecte hall inclouen amplificadors de corrent continu, circuits lògics de commutació i reguladors de tensió per millorar la sensibilitat del sensor i les tensions de sortida. Això permet que el sensor d'efecte hall gestione més potència i camps magnètics.
Diagrama del circuit del sensor magnètic d'efecte Hall
Els sensors semiactius tenen sortides lineals o digitals. La tensió de sortida del sensor lineal es relaciona directament amb el camp magnètic que flueix a través del sensor hall i és emesa per un amplificador operacional.
Equació de tensió d'efecte Hall
L'equació de la tensió de sortida ve donada per:
Aquí, V H denota la tensió hall, R H denota el coeficient d'efecte hall, I denota el corrent, t indica el gruix i B representa la densitat de flux magnètic. Els sensors lineals o analògics produeixen una tensió constant que augmenta amb camps magnètics més forts i disminueix amb camps més febles. En un sensor d'efecte hall, a mesura que augmenta la força del camp magnètic, el senyal de sortida de l'amplificador augmenta fins que la font d'alimentació es satura. L'augment del camp magnètic fa que la sortida es saturi, però no té cap efecte:
Quan la sortida del sensor de sala supera un nivell predeterminat de flux magnètic que hi flueix, els contactes passen ràpidament de l'estat 'tancat' a l'estat 'obert' sense rebotar. Aquesta histèresi integrada evita que el senyal de sortida oscil·li mentre el sensor es mou cap al camp magnètic. Això vol dir que el sensor de sortida digital només té els estats 'on' i 'off'.
Tipus de sensors d'efecte Hall
Els sensors d'efecte hall poden ser de dos tipus: sensors d'efecte hall bipolar i sensors d'efecte hall unipolar. Els sensors unipolars poden funcionar i descarregar-se quan entren i surten d'un camp magnètic amb el mateix pol magnètic sud, mentre que els sensors bipolars requereixen camps magnètics positius i negatius per funcionar i descarregar. A causa de les seves capacitats d'accionament de sortida de 10-20 mA, la majoria dels dispositius d'efecte hall no poden canviar directament les càrregues d'alta corrent. Per a càrregues de corrent pesada, s'afegeix un transistor NPN a la sortida amb una disposició de col·lector obert.
Aplicacions dels sensors d'efecte Hall
Els sensors d'efecte hall s'encenen en presència de camps magnètics i estan controlats per un únic tipus d'imant permanent en un eix o dispositiu mòbil. Per maximitzar la sensibilitat, les línies de flux magnètic han de ser perpendiculars al camp del sensor i amb la polarització correcta en totes les configuracions.
1: Cap a la detecció
Requereix que el camp magnètic sigui perpendicular al detector d'efecte hall, tal com es mostra a continuació:
Aquesta tècnica produeix un senyal de sortida, V H , que mesura la densitat de flux magnètic en dispositius lineals en funció de la distància del sensor d'efecte hall. La tensió de sortida augmenta amb la força del camp magnètic i la seva proximitat.
2: Detecció lateral
Requereix un flux magnètic indirecte mentre l'imant es mou lateralment a través de l'element d'efecte hall.
Els sensors laterals o mòbils poden mesurar la velocitat dels imants o motors giratoris detectant el camp magnètic que llisca sobre la superfície de l'element Hall a una certa distància de l'espai d'aire.
Es pot produir una tensió de sortida lineal positiva o negativa depenent de la posició del camp magnètic que passa per la línia central de camp zero del sensor. Determina els moviments verticals i horitzontals.
3: Control de posició
El detector de posició roman en l'estat 'apagat' quan no hi ha camp magnètic. Tan bon punt el pol sud de l'imant es mou en una direcció perpendicular a la proximitat del sensor d'efecte hall, el dispositiu s'encén i el LED s'encén. Quan està encès, el sensor d'efecte hall es troba en l'estat 'ON'.
Per apagar el LED, el camp magnètic ha de caure per sota del seu punt d'activació detectable mínim, o també es pot enfrontar al pol nord oposat amb un valor de gauss negatiu.
Conclusió
Els sensors d'efecte hall s'utilitzen per a la detecció de la direcció i la intensitat dels camps magnètics. S'utilitzen en una gran varietat d'aplicacions, com ara automoció, detecció de proximitat, detecció frontal, lateral i de posició per a diferents camps magnètics.