Mis on Hall-effektoritegur?

Halli efektielement: Definitsioon ja printsiip

Definitsioon

Halli efektielement on spetsialiseeritud transduktor, mõeldud magnetväliste mõõtmiseks. Kuna magnetväli ei ole otsest mõõtmist lihtne, on Halli efekttransduktor väärtuslik tööriist. See toimib, teisendades magnetvälja elektromotorilise jõuks (emf), mis on elektriline suurus, mida saab mugelikult mõõta nii analoog- kui ka digitaalmõõturite abil. See teisendus võimaldab mitmesugustes rakendustes mõõta ja analüüsida magnetväli tugevust ja omadusi.

Halli efekttransduktori printsiip

Halli efekttransduktori põhiline printsiip põhineb huvitaval füüsikalisel nähtusal. Kui elektrivooluga varustatud juhijoon asetatakse risti olevasse magnetvälja, induktseeritakse juhija servadele elektromotoriline jõud (EMF). Tekitatud voltaga magnitud on otseselt proportsionaalne läbitavate magnetflukti tihedusega. Selle unikaalse omadusega, kus magnetvälja ja elektrivoolu olemasolu interakteeruvad, et luua mõõdetava voltaga, nimetatakse Halli efektiks.

Nii metallid kui ka pooljuhised näitavad Halli efekti, selle tugevuse ja käitumise sõltudes nende elektronide tihedusest ja mobiilsusest. Selle printsiibi parema mõistmiseks vaata allolevat joonist. Selles paigutuses antakse elektrivool juhijooni lülitest 1 ja 2, väljundvoltaga mõõdetakse lülitest 3 ja 4. Kui juhijoonile ei rakendata magnetvälja, on lülit 3 ja 4 sama elektrilises potentsiaalis.

Kui juhijoonile rakendatakse magnetvälja, genereeritakse väljundlülit 3 ja 4 vahel väljundvoltaga. See induktseeritud voltage on otseselt proportsionaalne magnetvälja tugevusega. Matemaatiliselt kirjeldab väljundvoltaga VH seost järgmine valem:

I on vool amperites ja B on fluksti tihedused Wb/m2

Halli efekttransduktor: Mõõtmine ja rakendused

Mõõtmine

Nii juhijooni vool kui ka magnetvälja tugevus saab määrata analüüsimäll Halli efekttransduktori väljundvoltid. Kuid juhijoonidel on Halli efektiga genereeritud elektromotoriline jõud (EMF) tavaliselt väike, mis tekitab täpse mõõtmise probleeme. Vastupidiselt, pooljuhid nagu germaanium tekitavad suurema EMF. See suurem signaal mõõdetakse lihtsalt liiguvate - spiraalide abil, mis muudab pooljuhised paljude Halli efektiga mõõtmiste praktikaks.

Halli efekttransduktorite rakendused

Halli efekttransduktor leidub laialdaselt erinevates valdkondades oma ainulaadsena võimet tõttu, mis võimaldab teisendada magnetilisi nähtusid elektrilisteks signaalideks. Mõned tema peamised rakendused on järgmised:

1. Magnetiline-elektriline teisendus

Üks Halli efektielementi peamistest rakendustest on magnetflukti teisendamine elektriliseks signaaliks. Magnetvälja mõõtmiseks asetatakse pooljuhistmaterjal huvitava magnetvälja sees. Tulemuseks tekib pooljuhijoonide servade vahel voltaga. See voltage on otseselt proportsionaalne magnetvälja tihedusega, mis võimaldab mõõta magnetvälja tugevust.

Halli efekttransduktorid pakuvad mitmeid eeliseid. Nad vajavad vähe ruumi, mis muudab neid sobilikuteks kompaktsete disainideks. Lisaks annavad nad pideva elektrilise signaali, mis täpselt kajastab magnetvälja tugevust. Siiski on neil ka märkimisväärne piirang: suur tundlikkus temperatuuri muutustele. See tundlikkus tähendab, et kalibreerimine on sageli vajalik iga individuaalse mõõtmise stsenaariumi korral, et tagada täpne ja usaldusväärne tulemus.

2. Asukoha mõõtmine

Halli efektielemente kasutatakse ka struktuuride osade asukoha mõõtmiseks. Näiteks, kui kaaluda ferromagnetilist struktuuri, mis on integreeritud jäätuvamagnetiga.

Asukoha mõõtmise rakendustes asetatakse Halli efekttransduktor jäätuvamagnetipooluste vahel. Kui ferromagnetilise komponendi asukohta selles magnetvälja paigutuses muutub, muutub ka Halli efektielementi kogutav magnetväli. See magnetväli tugevuse muutus viiakse vastavalt transduktori väljundvoltide muutuseks, mis võimaldab täpset mõõtmist ferromagnetilise struktuuri asukoha muutust. See mittesegav meetod pakub usaldusväärset viisi mehaaniliste osade liikumise jälgimiseks erinevates süsteemides, nagu tööstusmasinad või robotkäte.

3. Voolu mõõtmine

Halli efekttransduktor pakub väga mugavat ja ohutut meetodit elektrivoolu mõõtmiseks, kuna see võimaldab voolu mõõtmist ilma igasuguse füüsilise ühenduseta voolujuhiku ja mõõturite vahel. Olgu see alternatiivne vool (AC) või dünaamiline vool (DC), kui see rakendatakse juhijooni, tekitab see juhijooni ümber magnetvälja. Selle magnetvälja tugevus on otseselt proportsionaalne rakendatud voolu suurusega. See magnetväli induktseerib oma järjest aga elektromotorilist jõudu (emf) Halli efekttransduktori ribadele. Indukeeritud EMF-i magnitud sõltub magnetvälja tugevusest, mis on seotud voolu, mis läbib juhijooni. Mõõttes seda indukeeritud EMF-i, saab täpselt määrata voolu väärtuse, mis muudab Halli efekttransduktoreid ideaalseteks voolu mõõtmiseks laias valikus elektrilistes süsteemides, alates energiajaotussüsteemidest kuni elektronikaseadmeteni.

4. Energia mõõtmine

Halli efekttransduktoreid kasutatakse ka elektrijuhi energi mõõtmiseks. Kui vool läbib juhijooni, tekitab see magnetvälja, mille intensiivsus on otseselt seotud voolu suurusega. See magnetväli induktseerib siis voltaga Halli efekttransduktori ribadele. Multiplikaatoritsirkuiteeriga transduktoriga saab multiplikaatori väljundvoltaga teha proportsionaalseks juhijooni kulusse kuluva energiaga. See lähenemine võimaldab efektiivset ja täpset elektrilist energiat erinevates rakendustes, sealhulgas elektrielenergiatasanduses, kus on oluline jälgida energiatarbimist ja voolu optimeerimiseks.