اثر هال چیست

اثر هال چیست و چگونه سنسورهای اثر هال کار می‌کنند

در این آموزش یاد می‌گیریم که اثر هال چیست و چگونه سنسورهای اثر هال کار می‌کنند.

مرور کلی اثر هال

اثر هال رایج‌ترین روش اندازه‌گیری میدان مغناطیسی است و سنسورهای اثر هال بسیار محبوب هستند و کاربردهای زیادی دارند. به عنوان مثال، آن‌ها را می توان در وسایل نقلیه به عنوان سنسورهای سرعت چرخ و همچنین سنسورهای موقعیت میل‌لنگ و یا میل بادامک یافت. همچنین آن‌ها اغلب به عنوان سوییچ‌ها، تراکم MEMS، سنسورهای مجاورت و غیره استفاده می‌شوند. اکنون برخی از این سنسورها را بررسی کرده و نحوه کار آن‌ها را بررسی می‌کنیم، اما ابتدا اجازه دهید توضیح دهیم که اثر هال چیست.

اثر هال چیست ؟

این آزمایشی است که توضیح می دهد اثر هال چیست : اگر صفحه رسانای نازکی داشته باشیم، همانطور که نشان‌داده شده‌است، و جریان را در آن قرار دهیم، حامل‌های بار در یک خط مستقیم از یک سمت به سمت دیگر صفحه جریان خواهند یافت.

حال اگر ما میدان مغناطیسی را قدری نزدیک صفحه بیاوریم، جریان مستقیم حامل‌های بار را به خاطر نیرویی به نام Lorentz Force (ویکی‌پدیا) ‏بر هم خواهیم زد. در چنین حالتی، الکترون‌ها به یک طرف صفحه و حفره‌های مثبت به طرف دیگر صفحه منحرف می‌شوند. این به این معنی است که اگر ما یک متر را بین دو طرف دیگر قرار دهیم، مقداری ولتاژ خواهیم داشت که می توان آن را اندازه‌گیری کرد.

بنابراین اثر بدست آوردن یک ولتاژ قابل‌اندازه‌گیری، همانطور که در بالا توضیح دادیم، پس از ادوین هال که آن را در سال ۱۸۷۹ کشف کرد اثر هال نامیده می شود. حال که متوجه شدید اثر هال چیست در بخش بعدی با سنسور اثر هال آشنا خواهیم شد.

سنسورهای اثر هال

Hall Element اصلی سنسورهای مغناطیسی اثر هال، ولتاژ بسیار کوچکی تنها چند میکرو ولت در هر Gauss فراهم می‌کند، بنابراین این دستگاه‌ها معمولا با تقویت‌کننده‌های با بهره بالا تولید می‌شوند. ما در آینده در پروژه های آموزش رباتیک خود از این سنسور استفاده خواهیم کرد.

دو نوع سنسور اثر هال وجود دارد، یکی آنالوگ و دیگری خروجی دیجیتال را فراهم می‌کند. سنسور آنالوگ از یک تنظیم‌کننده ولتاژ، یک Hall Element و یک تقویت‌کننده تشکیل شده‌است. از طرح‌های کلی مدار می‌توانیم ببینیم که خروجی سنسور، آنالوگ و متناسب با خروجی Hall Element یا قدرت میدان مغناطیسی است. این نوع سنسورها به دلیل خروجی خطی پیوسته خود، برای اندازه‌گیری مجاورت مناسب هستند و مورد استفاده قرار می‌گیرند.

از سوی دیگر، سنسورهای خروجی دیجیتال تنها دو حالت خروجی “ON” یا “OFF” را فراهم می‌کنند. این نوع از سنسورها، همانطور که در طرح‌های کلی مدار نشان‌داده شده‌است، یک عنصر اضافی دارند. این Schmitt Trigger است که پسماند یا دو سطح آستانه مختلف را فراهم می‌کند بنابراین خروجی بالا یا پایین است.

مثالی از این نوع سنسور سوئیچ اثر هال است. آن‌ها اغلب به عنوان سوییچ‌های حدی، برای مثال در چاپگرهای سه‌بعدی و ماشین‌های CNC، و همچنین برای تشخیص و موقعیت یابی در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی استفاده می شوند.

دیگر کاربردهای همزمان این سنسورها، اندازه‌گیری سرعت چرخ/ روتور یا RPM و همچنین تعیین موقعیت میل‌لنگ یا میل بادامک در سیستم‌های موتور است. این سنسورها از یک عنصر هال و یک آهن‌ربا دائمی تشکیل شده‌اند که نزدیک یک دیسک دندانه‌دار متصل به شفت دوار قرار گرفته‌اند.

gap بین سنسور و دندان‌های دیسک بسیار کوچک است بنابراین هر بار که یک دندان از نزدیک سنسور عبور می‌کند، میدان مغناطیسی اطراف را تغییر می‌دهد که باعث می‌شود خروجی سنسور بالا یا پایین برود. بنابراین خروجی سنسور یک سیگنال موج مربعی است که می‌تواند به راحتی برای محاسبه RPM شفت دوار استفاده شود.

در آینده میتوانیم از این سنسور در انواع پروژه ها خود استفاده خواهیم کرد و با این سنسور بیشتر آشنا خواهیم شد. برای مطالع مطالب بیشتر در مورد انواع سنسورها به مقالات بخش آموزش الکترونیک مراجعه کنید.