Hall Etkisi Sensörü
Hall etkisi sensörleri, kalıcı bir mıknatısın veya elektromıknatısın manyetik alan gücünü ve yönünü tespit eder. Hall etkisi sensörü çıkışı, manyetik alanının bir fonksiyonudur ve pozitif manyetik alanların yanı sıra negatif manyetik alanları da tespit edebilir.
Hall Etkisi Sensörünün Çalışma Prensibi
Harici bir manyetik alan, hall etkisi sensörlerini etkinleştirir. Manyetik alanlar akı yoğunluğu (B) ve kuzey kutbu veya Güney Kutbu gibi manyetik kutuplarıyla temsil edilir. Hall etkisi sensörünün etrafındaki manyetizma, çıkış sinyalini belirler. Ortam manyetik akı yoğunluğu önceden belirlenmiş bir eşik değerini aştığında, sensör bir Hall voltajı (VH) üretir.
Yarı iletken sensörler, doğru akımı ileten galyum arsenit (GaAs), indiyum arsenit (InAs) ve indiyum antimonid (InSb) gibi p tipi yarı iletkenlerdir. Yarı iletken malzeme, manyetik alanın varlığında bir kuvvete maruz kalır ve hem elektronların hem de deliklerin yarı iletken katmanın kenarlarına doğru hareket etmesine neden olur. Elektronlar ve delikler her iki tarafa doğru hareket ettikçe yarı iletkenlerin farklı kenarları arasında bir potansiyel farkı oluşur. Düz dikdörtgen malzemelerde, yarı iletken malzemeye dik olan dış manyetik alanın elektron hareketliliği üzerinde daha büyük etkisi vardır.
Hall etkisi manyetik kutup tipini ve alan gücünü gösterir. Örneğin mıknatısın kutuplarından birinde gerilim varken diğerinde gerilim yok. Hall etkisi sensörleri genellikle 'kapalı' durumdadır ve manyetik alan olmadığında açık devre gibi davranır. Yalnızca güçlü polarize bir manyetik alan (kapalı devre) altında kapatılırlar.
Hall Etkisi Manyetik Sensör Özellikleri
Salon voltajı (V H Hall etkisi sensörünün ) manyetik alan kuvvetinin (H) bir fonksiyonudur. Çoğu ticari hall efekt cihazı, sensör hassasiyetini ve çıkış voltajlarını iyileştirmek için DC amplifikatörleri, anahtarlama mantık devrelerini ve voltaj regülatörlerini içerir. Bu, hall efekt sensörünün daha fazla güç ve manyetik alanla başa çıkmasına olanak tanır.
Hall Etkisi Manyetik Sensör Devre Şeması
Yarı aktif sensörler doğrusal veya dijital çıkışlara sahiptir. Doğrusal sensörün çıkış voltajı, hall sensöründen geçen manyetik alanla doğrudan ilişkilidir ve bir işlemsel yükselteç tarafından çıkarılır.
Hall Etkisi Gerilim Denklemi
Çıkış voltajı denklemi şu şekilde verilir:
İşte, V H salon voltajını belirtir, R H hall etkisi katsayısını, I akımı, t kalınlığı ve B ise manyetik akı yoğunluğunu temsil etmektedir. Doğrusal veya analog sensörler, daha güçlü manyetik alanlarla artan ve daha zayıf alanlarla azalan sabit bir voltaj üretir. Hall etkisi sensöründe, manyetik alanın gücü arttıkça amplifikatörün çıkış sinyali, güç kaynağı doyana kadar artar. Manyetik alanın arttırılması çıkışın doymasına neden olur ancak hiçbir etkisi yoktur:
Hall sensörünün çıkışı, içinden geçen manyetik akı önceden belirlenmiş bir seviyeyi aştığında, kontaklar sıçramadan hızlı bir şekilde 'kapalı' durumdan 'açık' duruma geçer. Bu yerleşik histerezis, sensör manyetik alana doğru hareket ederken çıkış sinyalinin salınımını önler. Bu, dijital çıkış sensörünün yalnızca “açık” ve “kapalı” durumlarına sahip olduğu anlamına gelir.
Hall Etkisi Sensör Çeşitleri
Hall etkisi sensörleri iki tipte olabilir: bipolar hall efekt sensörleri ve unipolar hall efekt sensörleri. Tek kutuplu sensörler, aynı güney manyetik kutbuna sahip bir manyetik alana girerken ve çıkarken çalışabilir ve deşarj olabilirken, iki kutuplu sensörler çalışmak ve deşarj olmak için hem pozitif hem de negatif manyetik alanlara ihtiyaç duyar. 10-20mA çıkış sürücü yetenekleri nedeniyle çoğu hall efekt cihazı yüksek akım yüklerini doğrudan değiştiremez. Ağır akım yükleri için çıkışa açık kollektör düzeniyle bir NPN transistörü eklenir.
Hall Etkisi Sensörlerinin Uygulamaları
Hall etkisi sensörleri, manyetik alanların varlığında açılır ve hareketli bir şaft veya cihaz üzerindeki tek bir kalıcı mıknatıs türü tarafından kontrol edilir. Hassasiyeti en üst düzeye çıkarmak için, manyetik akı çizgileri sensör alanına dik olmalı ve tüm konfigürasyonlarda doğru polarizasyona sahip olmalıdır.
1: Doğrudan Tespit
Aşağıda gösterildiği gibi manyetik alanın hall etkisi dedektörüne dik olmasını gerektirir:
Bu teknik bir çıkış sinyali üretir, V H Hall etkisi sensöründen olan mesafenin bir fonksiyonu olarak doğrusal cihazlardaki manyetik akı yoğunluğunu ölçen. Çıkış voltajı, manyetik alanın gücü ve yakınlığıyla birlikte artar.
2: Yan Algılama
Mıknatıs, hall etkisi elemanı boyunca yanlara doğru hareket ederken dolaylı bir manyetik akı gerektirir.
Yanal veya hareketli sensörler, Hall elemanının yüzeyinde hava boşluğundan belirli bir mesafede kayan manyetik alanı tespit ederek dönen mıknatısların veya motorların hızını ölçebilir.
Sensörün sıfır alan merkez hattından geçen manyetik alanın konumuna bağlı olarak pozitif veya negatif doğrusal çıkış voltajı üretilebilir. Dikey ve yatay hareketleri belirler.
3: Pozisyon Kontrolü
Konum dedektörü, manyetik alan olmadığında 'kapalı' durumda kalır. Mıknatısın güney kutbu, hall etkisi sensörünün yakınına dik yönde hareket ettiği anda cihaz 'açılır' ve LED yanar. Açıldığında, hall etkisi sensörü “AÇIK” durumdadır.
LED'i kapatmak için manyetik alanın minimum tespit edilebilir tetikleme noktasının altına düşmesi gerekir veya negatif gauss değeri olan karşı kuzey kutbuyla da karşı karşıya getirilebilir.
Çözüm
Hall etkisi sensörleri, manyetik alanların gücünün yanı sıra yönün tespit edilmesi için de kullanılır. Otomotiv, yakınlık algılama, kafa kafaya, yanlara doğru algılama ve farklı manyetik alanlar için konum algılama gibi çok çeşitli uygulamalarda kullanılırlar.