Холл эффектісі трансдукторы не?

Холл эффектісі элементі: Анықтама және Принцип

Анықтама

Холл эффектісі элементі - магниттық айналуын өлшеу үшін құрылған трансдуктордың қалыптасқан түрі. Магниттық айналуын тура түрде өлшеу еңгізілген емес, сондықтан Холл эффектісі трансдукторы маңызды құрал болып табылады. Ол магниттық айналуын электромоторлық күшке (ЕМК) айналдыру арқылы жұмыс істейді, бұл аналогты және цифрлық санаптаушылармен ыңғайлаулы өлшенетін электрлық сипаттама. Бұл айналу өзара әртүрлі қолданылымда магниттық айналуының күші мен өзгерістерін өлшей алуға және талдауға мүмкіндік береді.

Холл эффектісі трансдукторының принципі

Холл эффектісі трансдукторының негізгі принципі қызықты физикалық өрісіне негізделген. Электр ағысын өтуші кондуктор пішінін трансверсалды магниттық айналуына орналастырғанда, кондуктордың қабырғалары арасында электромоторлық күш (ЕМК) пайда болады. Жасалған напряжение модулі магниттық потоктың тығыздығына пропорционалды. Кондукторлардың қазіргі қасиеттерінде, магниттық айналуының және электр ағысының бар болуы интеракциясы арқылы өлшенетін напряжение пайда болады, бұл Холл эффекті деп аталады.

Металдар және полупроводникилер де Холл эффектін көрсетеді, оның қатысы және өзгерісі алдын-ала электрондардың тығыздығы мен өзгерісіне байланысты. Бұл принципді және Холл эффектісі элементін төмендегі суретте көрсетілгендей ескере отырып, түсіну үшін қараңыз. Бұл құрылымда, электр ағысы 1 және 2 контакттар арқылы өткізіледі, ал шығыс напряжение 3 және 4 контакттар арқылы өлшенеді. Егер кондуктор пішініне магниттық айналуы өткізілмейтінде, 3 және 4 контакттар бірдей электрлық потенциалда болады.

Егер кондуктор пішініне магниттық айналуы өткізілсе, 3 және 4 контакттар арасында шығыс напряжение пайда болады. Бұл индуцирленген напряжение магниттық айналуының күшіне пропорционалды. Математикалық түрде, шығыс напряжение VH үшін формула мынадай:

I - амперде ағыс, B - Вб/м² магниттық потоктың тығыздығы

Холл эффектісі трансдукторы: Өлшеу Қабілеттері және Қолданылуы

Өлшеу қабілеттері

Холл эффектісі трансдукторының шығыс напряжениясын талдап, кондуктор арқылы өтуші ағыс және магниттық айналуының күшін анықтауға болады. Бірақ, кондукторларда Холл эффектісінің жасалған электромоторлық күші (ЕМК) әдетте өте кішкентай, сондықтан дәл өлшеу қиын. Сол сияқты, германиум сызықтық материалдары өте үлкен ЕМК жасайды. Бұл үлкен сигнал өтуші спираль құралдары арқылы ыңғайлаулы өлшенеді, сондықтан полупроводниктер көптеген Холл эффектісінің қолданылуында ыңғайлы болады.

Холл эффектісі трансдукторларының қолданылуы

Холл эффектісі трансдукторының магниттық өрістерді электрлық сигналдарға айналдыру қабілетінің қолданылуы әртүрлі тармақтарда кеңінен кездеседі. Негізгі қолданылуы төмендегілерді қамтиды:

1. Магниттық - Электрлық Трансдукция

Холл эффектісі элементінің негізгі қолданылуы - магниттық потокты электрлық сигналға айналдыру. Магниттық айналуын өлшеу үшін, полупроводник материалы өлшемінің магниттық айналуына орналастырылады. Сонымен, полупроводник пішіндерінің ұштарында напряжение пайда болады. Бұл напряжение магниттық айналуының тығыздығына пропорционалды, сондықтан магниттық айналуының күшін өлшеп, көрсету үшін пайдаланылады.

Холл эффектісі трансдукторлары несиелерінің өте аз болуынан, компактты дизайндерге ыңғайлы болады. Сол сияқты, олар магниттық айналуының күшін дәл көрсететін жалпы электрлық сигналды береді. Бірақ, олардың белгілі бір шектеуі де бар: температуралық өзгерістерге өте тез қатысады. Бұл қатыс әрбір өлшеу сценарийі үшін калибровка қажет болатындығын көрсетеді, дәл және ыңғайлаулы нәтиже алу үшін.

2. Ауытқу Өлшемі

Холл эффектісі элементтері құрылымдық бөлшектердің ауытқуын өлшеуге да қолданылады. Мысалы, магниттік структуралық құрылымды тұрақты магнитпен интегралдау.

Ауытқу өлшемі қолданылуында, Холл эффектісі трансдукторы тұрақты магниттің мұхиттары арасында орналастырылады. Магниттік құрылымдың мұхиттағы орны өзгергенде, Холл эффектісі элементіне тағынған магниттық айналуының күші өзгереді. Бұл магниттық айналуының күшінің өзгеруі трансдуктордың шығыс напряжениесының сәйкес өзгеруіне айналып, магниттік құрылымдың ауытқуын дәл өлшеп, көрсетеді. Бұл инвазивті емес әдіс, механикалық бөлшектердің қозғалысын зерттеу үшін ыңғайлы болады, мысалы, өнеркәсіптік машиналарда немесе роботтық колдарда.

3. Ағыс Өлшемі

Холл эффектісі трансдукторы ағыс өлшемдерін өте ыңғайлаулы және қауіпсіз өлшеуге мүмкіндік береді, себебі ол ағыс цепьмен және өлшеу құралының арасында физикалық байланыс қажет емес. Демек, альтернативті ағыс (АА) немесе тұрақты ағыс (ТА) өткізілгенде, кондуктордың айналуында магниттық айналуы пайда болады. Бұл магниттық айналуының күші өткізілген ағыс модуліне пропорционалды. Бұл магниттық айналуы, соңында, Холл эффектісі трансдукторының пішіндерінде электромоторлық күш (ЕМК) индуцирленеді. Индуцирленген ЕМК-тың модулі магниттық айналуының күшіне, яғни, кондуктор арқылы өтуші ағысқа байланысты. Бұл индуцирленген ЕМК-ты өлшей отырып, ағыс модулін дәл анықтауға болады, сондықтан Холл эффектісі трансдукторлары энергетикалық желілерден электр құралдарына дейінгі кең таралған электрлық системаларда ағыс өлшемдері үшін идеалды болады.

4. Энергия Өлшемі

Холл эффектісі трансдукторлары электр құрылымының энергиясын өлшеуге да қолданылады. Ағыс өткізілгенде, кондукторда магниттық айналуы пайда болады, оның күші өткізілген ағыс модуліне пропорционалды. Бұл магниттық айналуы, соңында, Холл эффектісі трансдукторының пішіндерінде напряжение индуцирленеді. Трансдуктормен бірге көбейткіш схемасын қолдану арқылы, көбейткіштің шығыс напряжениесы кондукторда өтуші энергияға пропорционалды болуы мүмкін. Бұл әдіс электр энергиясын өлшеп, көрсетуді өте ыңғайлаулы және дәл қызмет етеді, мысалы, энергетикалық системаларда, мұнда энергия қолданылуын және ағысуын басқару өте маңызды.