Hall Effect Transducer คืออะไร

องค์ประกอบเอฟเฟกต์ฮอลล์: คำนิยามและหลักการ

คำนิยาม

องค์ประกอบเอฟเฟกต์ฮอลล์เป็นประเภทพิเศษของทรานสดิวเซอร์ที่ออกแบบมาเพื่อวัดสนามแม่เหล็ก เนื่องจากการวัดสนามแม่เหล็กโดยตรงไม่ง่าย ทรานสดิวเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์จึงเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ มันทำงานโดยแปลงสนามแม่เหล็กเป็นแรงดันไฟฟ้า (emf) ซึ่งเป็นปริมาณไฟฟ้าที่สามารถวัดได้สะดวกโดยใช้เครื่องวัดแบบแอนะล็อกและดิจิตอล การแปลงนี้ทำให้สามารถหาค่าและวิเคราะห์ความแข็งแรงและลักษณะของสนามแม่เหล็กในแอปพลิเคชันต่างๆ

หลักการของทรานสดิวเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์

หลักการพื้นฐานของทรานสดิวเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์ขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ทางกายภาพที่น่าสนใจ เมื่อแถบนำไฟฟ้าที่มีกระแสไหลผ่านถูกวางไว้ภายในสนามแม่เหล็กขวาง แรงดันไฟฟ้า (EMF) จะถูกเหนี่ยวนำขึ้นที่ขอบของผู้นำ ขนาดของแรงดันไฟฟ้าที่สร้างขึ้นนั้นสัมพันธ์โดยตรงกับความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านผู้นำ คุณสมบัติพิเศษนี้ของผู้นำ ที่สนามแม่เหล็กและกระแสไฟฟ้าปฏิสัมพันธ์กันเพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้นั้นเรียกว่าเอฟเฟกต์ฮอลล์

ทั้งโลหะและสารกึ่งตัวนำแสดงเอฟเฟกต์ฮอลล์ โดยความแข็งแรงและพฤติกรรมของเอฟเฟกต์นี้ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นและความคล่องตัวของอิเล็กตรอน เพื่อทำความเข้าใจหลักการนี้มากขึ้น ให้พิจารณาองค์ประกอบเอฟเฟกต์ฮอลล์ที่แสดงในรูปด้านล่าง ในการตั้งค่านี้ กระแสไฟฟ้าถูกจ่ายผ่านสาย 1 และ 2 ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตถูกวัดระหว่างสาย 3 และ 4 เมื่อไม่มีสนามแม่เหล็กถูกนำไปยังแถบผู้นำ สาย 3 และ 4 จะมีศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน

เมื่อมีสนามแม่เหล็กถูกนำไปยังแถบ แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตจะถูกสร้างขึ้นระหว่างสายเอาต์พุต 3 และ 4 แรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำขึ้นนี้สัมพันธ์โดยตรงกับความแข็งแรงของสนามแม่เหล็ก ทางคณิตศาสตร์ ความสัมพันธ์สามารถอธิบายได้โดยสูตรสำหรับแรงดันไฟฟ้า VH ดังนี้:

I คือกระแสไฟฟ้าในแอมแปร์ และ B คือความหนาแน่นฟลักซ์ใน Wb/m²

ทรานสดิวเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์: ความสามารถในการวัดและการประยุกต์ใช้

ความสามารถในการวัด

ทั้งกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านผู้นำและความแข็งแรงของสนามแม่เหล็กสามารถกำหนดได้โดยวิเคราะห์แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตของทรานสดิวเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์ อย่างไรก็ตาม ในผู้นำ เอฟเฟกต์ฮอลล์-เกิดแรงดันไฟฟ้า (EMF) ที่สร้างขึ้นโดยทั่วไปมีขนาดเล็ก ทำให้การวัดที่แม่นยำยาก แต่ในทางกลับกัน สารกึ่งตัวนำเช่นเจอร์เมเนียมสร้าง EMF ที่ใหญ่กว่า ซึ่งสัญญาณนี้สามารถวัดได้ง่ายโดยใช้เครื่องมือชนิดเคลื่อนที่ ทำให้สารกึ่งตัวนำเหมาะสมกับการวัดหลาย ๆ กรณีที่ใช้เอฟเฟกต์ฮอลล์เป็นพื้นฐาน

การประยุกต์ใช้ของทรานสดิวเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์

ทรานสดิวเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์ถูกใช้อย่างกว้างขวางในหลากหลายสาขาเนื่องจากความสามารถพิเศษในการแปลงปรากฏการณ์แม่เหล็กเป็นสัญญาณไฟฟ้า บางประยุกต์ใช้สำคัญดังนี้:

1. การแปลงแม่เหล็กเป็นไฟฟ้า

หนึ่งในการประยุกต์ใช้หลักขององค์ประกอบเอฟเฟกต์ฮอลล์คือการแปลงฟลักซ์แม่เหล็กเป็นสัญญาณไฟฟ้า เพื่อวัดสนามแม่เหล็ก วัสดุสารกึ่งตัวนำถูกวางไว้ภายในสนามแม่เหล็กที่สนใจ ผลที่ได้คือแรงดันไฟฟ้าจะเกิดขึ้นที่ปลายของแถบสารกึ่งตัวนำ แรงดันไฟฟ้านี้สัมพันธ์โดยตรงกับความหนาแน่นของสนามแม่เหล็ก ทำให้สามารถหาค่าความแข็งแรงของสนามแม่เหล็กได้

ทรานสดิวเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์มีข้อดีหลายประการ พวกมันต้องการพื้นที่น้อย ทำให้เหมาะสมกับการออกแบบที่กะทัดรัด นอกจากนี้ยังให้สัญญาณไฟฟ้าที่ต่อเนื่องซึ่งสะท้อนความแข็งแรงของสนามแม่เหล็กอย่างแม่นยำ อย่างไรก็ตาม พวกมันมีข้อจำกัดที่สำคัญคือความไวต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ สิ่งนี้หมายความว่าการสอบเทียบมักจำเป็นสำหรับสถานการณ์การวัดแต่ละครั้งเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่แม่นยำและเชื่อถือได้

2. การวัดการกระจัด

องค์ประกอบเอฟเฟกต์ฮอลล์ยังถูกใช้เพื่อวัดการกระจัดของส่วนประกอบโครงสร้าง ตัวอย่างเช่น พิจารณาโครงสร้างเฟอร์โรแมกเนติกที่รวมอยู่กับแม่เหล็กถาวร

ในการประยุกต์ใช้วัดการกระจัด ทรานสดิวเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์ถูกวางไว้ระหว่างขั้วของแม่เหล็กถาวร เมื่อตำแหน่งของส่วนประกอบเฟอร์โรแมกเนติกภายในการตั้งค่านี้เปลี่ยนแปลง มันจะเปลี่ยนแปลงความแข็งแรงของสนามแม่เหล็กที่ประสบโดยองค์ประกอบเอฟเฟกต์ฮอลล์ การเปลี่ยนแปลงนี้ในความแข็งแรงของสนามแม่เหล็กจะถูกแปลงเป็นการเปลี่ยนแปลงที่สอดคล้องกับแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตของทรานสดิวเซอร์ ทำให้สามารถวัดการกระจัดของโครงสร้างเฟอร์โรแมกเนติกได้อย่างแม่นยำ วิธีการไม่รุกรานนี้ให้วิธีที่เชื่อถือได้ในการตรวจสอบการเคลื่อนไหวของส่วนประกอบกลไกในระบบต่างๆ เช่น ในเครื่องจักรอุตสาหกรรมหรือแขนหุ่นยนต์

3. การวัดกระแสไฟฟ้า

ทรานสดิวเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์นำเสนอวิธีการวัดกระแสไฟฟ้าที่สะดวกและปลอดภัยอย่างมาก เนื่องจากมันทำให้สามารถวัดกระแสไฟฟ้าโดยไม่ต้องมีการเชื่อมต่อทางกายภาพใด ๆ ระหว่างวงจรผู้นำและเครื่องวัด ไม่ว่าจะเป็นกระแสสลับ (AC) หรือกระแสตรง (DC) เมื่อถูกนำไปใช้กับผู้นำ มันจะสร้างสนามแม่เหล็กรอบผู้นำ ความแข็งแรงของสนามแม่เหล็กนี้สัมพันธ์โดยตรงกับขนาดของกระแสที่ไหลผ่านผู้นำ สนามแม่เหล็กนี้จะเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้า (emf) ขึ้นที่แถบของทรานสดิวเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์ ขนาดของ emf ที่เหนี่ยวนำขึ้นนี้ขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของสนามแม่เหล็ก ซึ่งเกี่ยวข้องกับกระแสที่ไหลผ่านผู้นำ โดยการวัด emf ที่เหนี่ยวนำขึ้น ค่าของกระแสสามารถกำหนดได้อย่างแม่นยำ ทำให้ทรานสดิวเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์เหมาะสมสำหรับการวัดกระแสในระบบไฟฟ้าต่างๆ ตั้งแต่เครือข่ายกระจายพลังงานไปจนถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

4. การวัดกำลังไฟฟ้า

ทรานสดิวเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์ยังถูกใช้ในการวัดกำลังไฟฟ้าของผู้นำไฟฟ้า เมื่อมีกระแสไหลผ่านผู้นำ มันจะสร้างสนามแม่เหล็ก ด้วยความเข้มของสนามแม่เหล็กที่สัมพันธ์โดยตรงกับขนาดของกระแส สนามแม่เหล็กนี้จะเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าขึ้นที่แถบของทรานสดิวเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์ โดยการใช้วงจรคูณร่วมกับทรานสดิวเซอร์ แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตของวงจรคูณสามารถทำให้สัมพันธ์โดยตรงกับกำลังที่สลายในผู้นำ วิธีการนี้ทำให้สามารถวัดกำลังไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพและแม่นยำในหลากหลายการประยุกต์ใช้ รวมถึงในระบบไฟฟ้า ที่การตรวจสอบการใช้พลังงานและการไหลของพลังงานเป็นสิ่งสำคัญในการจัดการพลังงานและการปรับปรุงระบบ