miniatura|220x220px|Figura 1: o roată care conține doi magneți și trece pe lângă un senzor cu efect Hall. Tensiunea de la senzor atinge un vârf de două ori pentru fiecare rotație. Acest aranjament este utilizat pentru a măsura și regla viteza obiectelor care se rotesc, inclusiv a unităților de disc. Un senzor cu efect Hall (cunoscut și sub denumirea de senzor Hall) este orice senzor care încorporează unul sau mai multe elemente Hall, fiecare dintre acestea producând o tensiune proporțională cu o componentă axială a vectorului câmpului magnetic utilizând efectul Hall (numit după fizicianul Edwin Hall).

Senzorii Hall sunt utilizați pentru aplicații de detectare a proximității, poziționare, detectarea vitezei și detectarea curentului și sunt comuni în aplicațiile industriale și de consum. Sute de milioane de circuite integrate (IC) cu senzori Hall sunt vândute în fiecare an de către aproximativ 50 de producători, piața globală fiind de aproximativ un miliard de dolari.

Principii miniatura|97x97px|Simbolul circuitului elementului Hall Într-un senzor Hall, un curent continuu de polarizare fix este aplicat de-a lungul unei axe pe o bandă subțire de metal numită transductor al elementului Hall. Electrozii de detectare de pe laturile opuse ale elementului Hall de-a lungul unei alte axe măsoară diferența de potențial electric (tensiune) pe axa electrozilor. Purtătorii de sarcină ai curentului sunt deviați de forța Lorentz în prezența unui câmp magnetic perpendicular pe fluxul lor. Electrozii de detectare măsoară diferența de potențial (tensiunea Hall) proporțională cu componenta axială a câmpului magnetic care este perpendiculară atât pe axa curentului, cât și pe axa electrozilor de detectare.

Senzorii cu efect Hall reacționează atât la câmpuri magnetice statice, cât și la cele variabile. (Senzorii inductivi, în schimb, reacționează doar la schimbările câmpurilor.)

Aplicații miniatura|Figura 2: Pistonul magnetic (1) din acest cilindru pneumatic va activa senzorii cu efect Hall (2 și 3) montați pe peretele său exterior atunci când acesta este complet retras sau extins. stanga|miniatura|Ventilator motor cu senzor de efect Hall Senzorii cu efect Hall pot fi utilizați în diverși senzori, cum ar fi senzorii de viteză de rotație (roți de bicicletă, dinți de angrenaj, vitezometre auto, sisteme de aprindere electronică), senzori de debit de fluide, senzori de curent și senzori de presiune. Senzorii Hall sunt utilizați în mod obișnuit pentru a cronometra viteza roților și a arborilor (vezi Figura 1), cum ar fi pentru sincronizarea aprinderii motoarelor cu ardere internă, tahometre și sisteme de frânare antiblocare.

Aplicațiile comune se găsesc adesea acolo unde este necesară o alternativă robustă și fără contact la un comutator mecanic sau un potențiometru. Acestea includ: arme electrice de airsoft, trăgaci pentru arme de paintball electropneumatice, comenzi de viteză pentru karting, smartphone-uri și unele sisteme de poziționare globală.

Caracteristici

Direcționalitate Elementele Hall măsoară doar componenta axei de detectare a vectorului câmpului magnetic. Deoarece acea componentă axială poate fi pozitivă sau negativă, unii senzori Hall pot detecta direcția binară a componentei axiale, pe lângă magnitudinea acesteia. Un element Hall suplimentar orientat perpendicular trebuie încorporat pentru a determina o direcție bidimensională și trebuie adăugat un alt element Hall orientat perpendicular pentru a detecta componentele tridimensionale complete ale vectorului câmpului magnetic.

Stare solidă Deoarece circuitele integrate cu senzori Hall sunt dispozitive în stare solidă, acestea nu sunt predispuse la uzură mecanică. Astfel, pot funcționa la viteze mult mai mari decât senzorii mecanici, iar durata lor de viață nu este limitată de defecțiuni mecanice (spre deosebire de potențiometre, comutatoare reed electromecanice, relee sau alte comutatoare și senzori mecanici). Cu toate acestea, senzorii Hall pot fi predispuși la deviații termice din cauza schimbărilor condițiilor de mediu și la deviații temporale pe durata de viață a senzorului.

Dispozitivele cu efect Hall (atunci când sunt ambalate corespunzător) sunt imune la praf, murdărie, noroi și apă. Aceste caracteristici fac ca dispozitivele cu efect Hall să fie mai bune pentru detectarea poziției decât mijloace alternative, cum ar fi detectarea optică și electromecanică.

Lățime de bandă Lățimea de bandă a senzorilor Hall practici este limitată la sute de kiloherți, cei comerciali din siliciu fiind de obicei limitați la 10–100 kHz. Din 2016, cel mai rapid senzor Hall disponibil pe piață are o lățime de bandă de 1 MHz, dar folosește semiconductori non-standard.

Susceptibilitate la câmpuri externe Fluxul magnetic din mediul înconjurător (cum ar fi alte fire) poate diminua sau amplifica câmpul pe care sonda Hall intenționează să îl detecteze, făcând rezultatele inexacte. Senzorii Hall pot detecta cu ușurință câmpuri magnetice parazite, inclusiv cel al Pământului, așa că funcționează bine ca busole electronice: dar acest lucru înseamnă și că astfel de câmpuri parazite pot împiedica măsurători precise ale câmpurilor magnetice mici. Pentru a rezolva această problemă, senzorii Hall sunt adesea integrați cu un anumit tip de ecranare magnetică.

Pozițiile mecanice dintr-un sistem electromagnetic pot fi măsurate în schimb fără efectul Hall folosind codificatoare optice de poziție (de exemplu, codificatoare absolute și incrementale) și tensiune indusă prin deplasarea cantității de miez metalic introdusă într-un transformator. Când Hall este comparat cu metodele fotosensibile, este mai dificil să se obțină o poziție absolută cu Hall.

Senzori Hall diferențiali În timp ce un singur element Hall este susceptibil la câmpuri magnetice externe, o configurație diferențială a două elemente Hall poate anula câmpurile parazite din măsurători, analog modului în care semnalele de tensiune în mod comun sunt anulate folosind semnalizarea diferențială.

Referințe

Categorie:Transductori Categorie:Dispozitive magnetice