Šta je Hall-efekt transduktor?

Hall efekt element: Definicija i princip

Definicija

Hall efekt element je specijalizirani tip transduktora dizajniran za merenje magnetskih polja. Budući da direktno merenje magnetskog polja nije jednostavno, Hall efekt transduktor predstavlja vrednovan alat. Funkcionira pretvarajući magnetsko polje u elektromotornu snagu (EMF), električku veličinu koja se može lako meriti koristeći i analogni i digitalni mereći uređaje. Ova konverzija omogućava kvantifikaciju i analizu jačine i karakteristika magnetskog polja u različitim primenama.

Princip Hall efekt transduktora

Osnovni princip Hall efekt transduktora zasniva se na zanimljivom fizičkom fenomenu. Kada se nosač struje postavi unutar prekidnog magnetskog polja, indukuje se elektromotorna snaga (EMF) na ivicama nosača. Intenzitet generisanog naponskog napona je direktno proporcionalan gustini magnetskog fluksa koji prolazi kroz nosač. Ova jedinstvena osobina nosača, gde prisutnost magnetskog polja i električne struje interagiraju kako bi proizvele merljivi napon, poznata je kao Hall efekt.

Oba metala i poluprovodnici pokazuju Hall efekt, sa jačinom i ponašanjem ovog efekta koji zavise od gustoće i mobilnosti njihovih elektrona. Da bismo bolje razumeli ovaj princip, posmatrajmo Hall efekt element prikazan na slici ispod. U ovoj postavci, električna struja se dovodi kroz spojeve 1 i 2, dok se izlazni napon meri između spojeva 3 i 4. Kada se magnetsko polje ne primeni na nosač, spojevi 3 i 4 su na istom električnom potencijalu.

Kada se magnetsko polje primeni na traku, generiše se izlazni napon između izlaznih spojeva 3 i 4. Ovaj indukovani napon je direktno proporcionalan jačini magnetskog polja. Matematički, odnos se može opisati sledećom formulom za izlazni napon VH:

I je struja u amperima, a B je gustoća fluksa u Wb/m2

Hall efekt transduktor: Mogućnosti merenja i primene

Mogućnosti merenja

Tako i struja koja teče kroz nosač i jačina magnetskog polja mogu se odrediti analizirajući izlazne napone Hall efekt transduktora. Međutim, u nosačima, Hall efekt - generisana elektromotorna snaga (EMF) je obično vrlo mala, što predstavlja izazov za tačno merenje. Suprotno tome, poluprovodnici poput germanijuma proizvode relativno veću EMF. Ovaj veći signal se lako može meriti pomoću pokretnih bobina, čime se poluprovodnici čine praktičnijima za mnoge primene merenja zasnovane na Hall efektu.

Primene Hall efekt transduktora

Hall efekt transduktor se široko koristi u različitim sferama zbog svoje jedinstvene sposobnosti da pretvara magnetska pojave u električne signale. Neki od ključnih njegovih primena su sledeće:

1. Pretvaranje magnetske u električnu energiju

Jedna od glavnih primena Hall efekt elementa je pretvaranje magnetskog fluksa u električni signal. Za merenje magnetskih polja, materijal poluprovodnika se postavlja unutar interesnog magnetskog polja. Kao rezultat, razvija se napon između krajeva traka poluprovodnika. Ovaj napon je direktno proporcionalan gustoći magnetskog polja, omogućavajući kvantifikaciju jačine magnetskog polja.

Hall efekt transduktori nude nekoliko prednosti. Zauzimaju minimalno mesto, čime su pogodni za kompaktna rešenja. Takođe, pružaju kontinualni električni signal koji tačno odražava jačinu magnetskog polja. Međutim, imaju i značajnu ograničenja: visoku osjetljivost na promene temperature. Ova osjetljivost znači da je kalibracija često neophodna za svaki individualni scenarij merenja kako bi se osigurali tačni i pouzdani rezultati.

2. Merenje pomaka

Hall efekt elementi se takođe koriste za merenje pomaka strukturnih elemenata. Na primer, razmotrite feromagnetsku strukturu integriranu sa trajnim magnetom.

U primenama merenja pomaka, Hall efekt transduktor se postavlja između polova trajnog magneta. Kako se položaj feromagnetskog elementa u okviru ove postavke magnetskog polja menja, menjaju se i jačina magnetskog polja koju doživi Hall efekt element. Ova promena jačine magnetskog polja se onda prevodi u odgovarajuću promenu izlaznog napona transduktora, omogućavajući tačno merenje pomaka feromagnetske strukture. Ovaj neinvazivni metod pruža pouzdan način praćenja kretanja mehaničkih delova u različitim sistemima, poput industrijske opreme ili robotskih ruku.

3. Merenje struje

Hall efekt transduktor pruža veoma praktičan i siguran način merenja električne struje, omogućavajući merenje struje bez potrebe za direktnom fizičkom vezom između vodilnog kruga i mereći uređaja. Bez obzira da li se radi o izmjeničnoj (AC) ili pravoj (DC) strujama, kada se primene na vodilnik, generišu magnetsko polje oko vodilnika. Jačina ovog magnetskog polja je direktno proporcionalna magnitudi primenjene struje. Ovo magnetsko polje, zatim, indukuje elektromotornu snagu (EMF) na trakama Hall efekt transduktora. Magnituda ove indukovane EMF zavisi od jačine magnetskog polja, koje je povezano sa strujom koja teče kroz vodilnik. Merenjem ove indukovane EMF, vrednost struje se može tačno odrediti, čime se Hall efekt transduktori čine idealnim za osetljive strujne sisteme, od mreža za raspodelu struje do elektronskih uređaja.

4. Merenje snage

Hall efekt transduktori se takođe koriste za merenje snage električnog vodilnika. Kada se struja prođe kroz vodilnik, generiše se magnetsko polje, sa intenzitetom polja koji je direktno koreliran sa magnitudom struje. Ovo magnetsko polje zatim indukuje napon na trakama Hall efekt transduktora. Koristeći multiplikatorski krug uz transduktor, izlazni napon multiplikatora može biti proporcionalan snazi disipiranoj u vodilniku. Ovaj pristup omogućava efikasno i tačno merenje električne snage u različitim primenama, uključujući električne energetske sisteme, gde je monitoring potrošnje i toka energije ključan za upravljanje energijom i optimizaciju sistema.