Kas ir Hola efekta pārveidotājs?

Hall efekta elements: definīcija un princips

Definīcija

Hall efekta elements ir specializēts transdūcers, kas izstrādāts magnētiskajiem laukiem mērīšanai. Tā kā magnētiskā lauka tieša mērīšana nav vienkārša, Hall efekta transdūcers ir vērtīgs rīks. Tas darbojas, pārvēršot magnētisko lauku elektromotivā spēku (EMF), kas ir elektrisks lielums, ko viegli var mērīt gan ar analoģiskajiem, gan digitālajiem mērķļiem. Šī pārvēršana ļauj kvantificēt un analizēt magnētiskā lauka stiprumu un raksturlielumus dažādos pielietojumos.

Hall efekta transdūcera princips

Hall efekta transdūcera pamatprincips balstīts uz interesantu fizikas parādību. Ja strāvas nesotāju lenta tiek novietota perpendikulārā magnētiskā laukā, elektromotivā spēka (EMF) inducējas lentes malās. Izveidotā sprieguma lielums ir tieši proporcionāls caur lenti ejamā magnētiskā plūsmas blīvumam. Šis unikālais šķidrumu īpašība, kad magnētiskā lauka un elektriskā strāvas klātbūtne intereferē, lai radītu mērāmu spriegumu, pazīstama kā Hall efekts.

Gan metāli, gan poluprovadītāji parāda Hall efektu, ar to stiprumu un uzvedību atkarīgu no to elektronu blīvumu un mobilitāti. Lai labāk saprastu šo principu, apsvērsim zemāk attēlotā Hall efekta elementa skema. Šajā ierīcē elektriskā strāva tiek piegādāta caur vadītājiem 1 un 2, savukārt izvades spriegums tiek mērots starp vadītājiem 3 un 4. Ja lentei netiek piemērots magnētiskais lauks, vadītāji 3 un 4 ir tajā pašā elektriskā potenciālā.

Ja lentei tiek piemērots magnētiskais lauks, izvades spriegums tiek ģenerēts starp izvadiem 3 un 4. Šis inducētais spriegums ir tieši proporcionāls magnētiskā lauka stiprumam. Matemātiski, izvades sprieguma VH attiecība var tikt aprakstīta ar šādu formulu:

Izraisītā strāva I ir amperos, bet B ir plūsmas blīvums Wb/m2

Hall efekta transdūcers: mērījumu spējas un pielietojumi

Mērījumu spējas

Strāva, kas plūst caur šķidrumu, un magnētiskā lauka stiprums var tikt noteikti, analizējot Hall efekta transdūcera izvades spriegumus. Tomēr, šķidrumos Hall efekta veidotais EMF parasti ir ļoti mazs, radot izaicinājumu precīzam mērījumam. Savukārt poluprovadītājos, piemēram, germanijs, ģenerē salīdzinoši lielāku EMF. Šis lielākais signāls viegli var tikt mērots, izmantojot kustīgo bobīnu instrumentus, padarot poluprovadītājus praktiskākus daudzos Hall efekta bāzētos mērījumu pielietojumos.

Hall efekta transdūcera pielietojumi

Hall efekta transdūcers tiek plaši izmantots dažādos jomās, tāpatikā kā tā vienīgā spēja konvertēt magnētiskos parādības elektriskos signālus. Daži no tā galvenajiem pielietojumiem ir šādi:

1. Magnētiska uz elektriska pārveidošana

Viena no galvenajām Hall efekta elementa lietojumu ir magnētiskā plūsma pārveidot elektriskā signālā. Lai mērītu magnētiskos laukus, poluprovadītājamaterials tiek novietots magnētiskā laukā. Kā rezultāts, poluprovadītāja lentes beigās izveidojas spriegums. Šis spriegums ir tieši proporcionāls magnētiskā lauka blīvumam, ļaujot kvantificēt magnētiskā lauka stiprumu.

Hall efekta transdūceri piedāvā vairākas priekšrocības. Tie prasa minimālu telpu, padarot tos piemērotiem kompaktniem dizainiem. Turklāt, tie sniedz nepārtrauktus elektriskos signālus, kas precīzi atspoguļo magnētiskā lauka stiprumu. Tomēr, viņi arī ir augsti jūtīgi pret temperatūras maiņām. Šī jūtība nozīmē, ka katram individuālam mērījuma scenārijam bieži vien ir nepieciešama kalibrācija, lai nodrošinātu precīzus un uzticības cienīgus rezultātus.

2. Pārbīdes mērīšana

Hall efekta elementi tiek arī izmantoti strukturālo sastāvdaļu pārbīdes mērīšanai. Piemēram, apsvērsim feromagnētisku struktūru, integrētu ar pastāvīgo magnētu.

Pārbīdes mērījumu pielietojumos, Hall efekta transdūcers tiek novietots starp pastāvīgā magnēta poliem. Kad feromagnētiskā komponenta pozīcija šajā magnētiskā lauka iestatījumā mainās, tas maina magnētiskā lauka stiprumu, ko pieredz Hall efekta elements. Šis magnētiskā lauka stipruma izmaiņas tiek pārveidotas atbilstošā izvades sprieguma transdūcera izmaiņā, ļaujot precīzi mērīt feromagnētiskās struktūras pārbīdi. Šis neinvazīvais paņēmiens nodrošina uzticības cienīgu veidu, kā monitorēt mehānisko daļu kustību dažādās sistēmās, piemēram, rūpnieciskā mašīnbūvē vai robotu rokās.

3. Strāvas mērīšana

Hall efekta transdūcers piedāvā ļoti ērtu un drošu metodi elektriskās strāvas mērīšanai, jo tas ļauj mērīt strāvu bez nepieciešamības pēc tiešas fiziskas savienojuma starp strāvas vada ceļu un mērīšanas rādītāju. Vai nu alternējošā strāva (AS) vai tiešā strāva (TS), kad tā tiek piemērota vadam, tā ģenerē magnētisko lauku apkārt vadam. Šī magnētiskā lauka stiprums ir tieši proporcionāls piemērotās strāvas lielumam. Šis magnētiskais lauks savukārt inducē elektromotivā spēku (EMF) Hall efekta transdūcera lentes malās. Inducētā EMF lielums ir atkarīgs no magnētiskā lauka stipruma, kas saistīts ar strāvu, kas plūst caur vadam. Mērījot šo inducēto EMF, var precīzi noteikt strāvas vērtību, padarot Hall efekta transdūcerus ideāliem strāvas sensoriem plašā spektrā elektriskās sistēmas, sākot no enerģijas sadalīšanas tīkumiem līdz elektroniskiem ierīčiem.

4. Jaudas mērīšana

Hall efekta transdūceri tiek arī izmantoti elektriskā vada jaudas mērīšanai. Kad strāva tiek piemērota vadam, tā ģenerē magnētisko lauku, kura intensitāte tieši sakritina ar strāvas lielumu. Šis magnētiskais lauks inducē spriegumu Hall efekta transdūcera lentes malās. Izmantojot reizinātāja shēmu kopā ar transdūceri, reizinātāja izvades spriegums var tikt padarīts proporcionāls jaudai, ko vads izstaro. Šis paņēmiens ļauj efektīvi un precīzi mērīt elektrisko jaudu dažādos pielietojumos, ieskaitot elektrisko enerģijas sistēmas, kur enerģijas patēriņa un plūsmas uzraudzīšana ir kritiska enerģijas pārvaldībai un sistēmas optimizācijai.