Senzory, iné názvy senzorov, sa používajú na zaznamenávanie zmien v rôznych fyzikálnych veličinách a na prenos prijatých informácií do spracovateľských zariadení. Ak sa do vodiča privedie konštantný náboj a umiestni sa do magnetického poľa, vznikne potenciálny rozdiel. Tento efekt objavil v roku 1897 vedec Edwin Hall. Na základe tohto účinku bol vytvorený senzor, ktorý bol podľa vynálezu pomenovaný ako Hallov senzor.
Princíp činnosti zariadenia
Toto je zariadenie, ktoré zaznamenáva intenzitu magnetického toku. V skutočnosti ide o snímač prítomnosti magnetického poľa. Senzory sú dostupné v digitálnom aj analógovom prevedení. Prvý typ je založený na meraní indukcie poľa a formovaní zodpovedajúceho napätia a druhý typ reaguje na zmenu polarity magnetického toku.
Princíp činnosti Hallovho senzora je založený na galvanomagnetickom fenoméne. Tento jav je výsledkom interakcie magnetického poľa s polovodičom, ktorý je spojený s elektrickou energiou, a jeho elektrických vlastností sa mení. Hallov efekt sa prejavuje, ak sa priečne napätie vytvára v polovodiči umiestnenom v magnetickom toku, keď ním preteká prúd. V tomto prípade je smer nabíjania kolmý na vektor smeru poľa. Vznikajúci jav sa vysvetľuje skutočnosťou, že Lorentzova sila, ktorá vedie k ich vychýleniu, pôsobí na pohybujúce sa elektróny alebo diery v magnetickom toku.
V jednoduchom príklade je Hallov efekt znázornený nasledujúcim spôsobom. V polovodiči sa pod vplyvom sily Lorentz pohybujú nosiče náboja rôznymi smermi zodpovedajúcimi ich znameniu. Na jednej strane polovodiča sa akumulujú elektróny, záporný náboj a na druhej strane, odkiaľ sa elektróny pohybovali - kladný náboj. Medzi týmito stranami sa v dôsledku rozdielu nábojov vytvára elektrický prúd, ktorý bráni pohybu nábojov pod vplyvom Lorentzovej sily. Keď nastane okamih rovnosti Lorentzových síl a magnetického poľa, polovodič prechádza do rovnováhy.
Z hľadiska vzhľadu môžu byť senzory vyrobené s rôznym počtom kontaktných kolíkov a sú:
- obojstranný;
- troch-pin.
Pretože úroveň signálu na výstupoch senzora je nízka, k jeho výstupom je pripojený operačný zosilňovač. Po pridaní spúšťača získate jednoduché zariadenie, ktoré funguje, keď sa získa určitá hodnota magnetického poľa a typ vodivosti. V digitálnej elektronike sú senzory doplnené logickými prvkami rozdelené do troch skupín:
Unipolárny. Zariadenie zaznamenáva iba zmenu jednej hodnoty nosičov náboja, diery alebo elektrónovej vodivosti.- Bipolárna. Senzor reaguje na oba typy nosičov náboja, ale voči nim vykonáva opačné akcie. Napríklad pri registrácii elektronickej vodivosti zariadenie, ktoré je k nemu pripojené, začne fungovať a pri registrácii vodivosti otvorov sa vypne.
- Unipolárny. Jednoducho registrujú vzhľad vodivosti a nezávisia od typu.
Senzor využívajúci v tomto prípade tri výstupy obsahuje tranzistor s otvoreným kolektorom, pretože malý prúd zariadenia sa používa v spojení so zosilňovačom signálu.
Použitie Hallovho efektu
Medzi výsledným potenciálnym rozdielom a magnetickou indukciou existuje lineárny vzťah, ktorý vedie k jeho vzhľadu. Tu sa vyrábajú zariadenia s Hallovým senzorom, ktorý meria magnetickú indukciu.
Zariadenia využívajúce Hallove prevodníky sa používajú na všetky druhy meraní. Pomocou javu, v ktorom sa magnetické pole objavuje pod vplyvom elektrického prúdu, je indukcia magnetickej sily v korelácii s ním a vytvárajú sa bezkontaktné merače sily prúdu. Takéto zariadenie je výhodné na výpočet hodnôt veľkých konštantných prúdov v drôtoch, ktoré by pri meraní konvenčným ampérom museli byť prerušené. Ďalej sa široko používajú zariadenia s Hallovými senzormi na meranie elektrickej energie, zaznamenávanie lineárnych a uhlových posunov a hustoty nosičov náboja v polovodičoch.
Hlavným parametrom zariadenia, založeným na Hallovom efekte, je magnetická citlivosť. Je charakterizovaný pomerom objavujúceho sa napätia k hodnote magnetickej indukcie, to znamená, že napätie pri indukcii sa rovná jednotke.
Senzory sa používajú najmä v elektromotoroch. V nich sú senzory umiestnené tak, že keď sú namontované na statore, sledujú polohu rotora. Inštaláciou magnetu s konštantným poľom sa získa počítadlo otáčok. Veľkosť magnetického poľa, ktoré poskytuje snímač, je v rozsahu 150 Gauss.
Použitie v automobiloch
Vo vozidle sa senzor používa v zapaľovacom systéme. Bez jeho účasti nie je možná správna prevádzka motora v aute. Je umiestnený na rozvádzači a určuje okamih, keď sa objaví iskra, čím sa nahradí stykač. Tu je možné použiť bipolárne aj unipolárne snímače.
Meraním počtu vznikajúcich impulzov snímač informuje elektronickú jednotku o potrebe vytvorenia iskry. Štruktúra zariadenia obsahuje: permanentný magnet, kovové sito s otvormi, polovodičovú platňu. Schéma práce je založená na skutočnosti, že magnetický tok preniká cez usporiadané otvory do polovodiča, čoho dôsledkom je potenciálny rozdiel. Keď sú štrbiny zatvorené obrazovkou, tok neprechádza a nevzniká žiadne napätie. Teda otvorením a uzavretím štrbín s obrazovkou sa generuje pulzný signál na výstupe zariadenia.
Senzor obsahuje tri svorky, podľa jeho pinout zľava doprava:
- prvý je spojený s karosériou vozidla;
- na druhé napätie je privedené napätie šesť voltov;
- tretí slúži ako informačný.
Okrem toho sa snímač používa na monitorovanie aktuálneho preťaženia. Ak dôjde k preťaženiu, snímač sa zahrieva a tepelná ochrana sa vypne.
V dôsledku porúch, ktoré sa vyskytujú pri prevádzke snímača, vznikajú rôzne poruchy, ktoré ovplyvňujú naštartovanie motora, výskyt trhavých škvŕn počas prevádzky alebo ich jednoducho zastavenie. Najjednoduchšie je skontrolovať funkčnosť senzora v aute otáčaním kľukového hriadeľa a vačkového hriadeľa. Počas normálnej prevádzky by kontrolka LED umiestnená na ovládacom paneli mala blikať.
V prípade neprítomnosti zabudovanej LED diódy je možné svietidlo vykonať sami. Na tento účel potrebujete rezistor s jedným kilogramom, LED a vodiče. Odpor je zapojený do série s LED diódou a ohyby na drôtoch sú vyrobené z dizajnu. Pohár sa vypne a vodiče sa spoja z LED a odporu, po čom sa vačkový hriadeľ otočí. Výsledkom by mala blikať LED dióda.
Pre presné výsledky je lepšie skontrolovať Hallov senzor pomocou multimetra. Budete potrebovať testera so schopnosťou merať napätie. S pracovným senzorom bude napätie na jeho svorkách až 11 voltov. Najskôr sa zmeria prítomnosť potrebného napätia na kontaktnom bloku distribútora. Zvyčajne sú tri napätia rovné 12 voltom a na jednom kontakte by nemalo byť žiadne napätie.
Zapaľovanie sa zapne. Kladná sonda sa inštaluje na výstup zo svorky snímača a záporná sonda na vodiči s nulovou hodnotou napätia. Napätie je asi 11 voltov. Pri naštartovaní kľukového hriadeľa by sa malo zmeniť napätie, pričom najvyššia hodnota by nemala klesnúť pod deväť voltov a najnižšia by nemala byť vyššia ako 0, 5 V.
Hall konvertor v smartfóne
Hallove senzory majú malé rozmery a našli uplatnenie v elektronických pomôckach. Vďaka svojim vlastnostiam v smartphonoch sa zlepšuje určovanie polohy, vyhľadávanie GPS sa začína rýchlejšie a výdrž batérie sa predlžuje. Vďaka schopnosti senzora reagovať na magnetické pole sa prevodník používa aj v telefónoch a prenosných počítačoch. Senzor zaberá miesto na prednej strane zariadenia, čo zvyšuje jeho reakciu na zmenu magnetického poľa.
V dôsledku prítomnosti senzora sa obrazovka notebooku automaticky zapne, keď ho otvoríte alebo vypne, keď ho zatvoríte. Tiež s telefónom - „véčko“. V smartfónoch je táto funkcia implementovaná pomocou obálky knihy. Senzor zaznamenáva veľkosť magnetického poľa vychádzajúceho z miniatúrneho magnetu namontovaného v strede krytu. Keď otvoríte kryt, sila magnetického toku sa oslabí a zariadenie sa zapne podsvietenie.
Je dôležité si uvedomiť, že použitie magnetu nemá negatívny vplyv na prístroj a samotný Hall senzor v zásade využíva registráciu magnetického toku. Zaznamenáva silu magnetického poľa a neporovnáva jeho silu. Hall Converter v mobilných zariadeniach má tiež nasledujúce funkcie:
- pomáha pri orientácii na obzore Zeme;
- poskytuje kompas zariadenia;
- Zapína a vypína obrazovku pri zdieľaní pomocou magnetu.
Orientácia obrazovky je funkcia používaná na akomkoľvek modernom telefóne. Pri inom umiestnení gadgetu vo vesmíre bude obraz na obrazovke vždy správny a nie hore nohami. Takúto funkciu môžete vypnúť aj preto, že v nastaveniach smartfónu vyberiete postupne: nastavenia, uzamknutá obrazovka, rozšírené funkcie, inteligentný režim. Ak v nastaveniach nie je žiadna položka, budete musieť odpredať prevodník z obvodu.
Okrem toho špeciálny mikroobvod, ktorý prijíma signál z Hallovho konvertora, vedie k korekcii obrazu. Toto sa prejavuje pri fotografovaní alebo pri zmene denného času. Zúčastňujúc sa na práci GPS navigácie, zariadenie pomáha zvyšovať presnosť určovania polohy.
Ak chcete vedieť, ako skontrolovať Hallov senzor v telefóne, nepotrebujete špeciálne zručnosti. Aby ste to dosiahli, prineste akýkoľvek magnet do puzdra alebo obrazovky zariadenia. Keď je to funkčné, obrazovka zhasne, ak je magnet odstránený, rozsvieti sa.
Zariadenie v domácich spotrebičoch
V domácich spotrebičoch, ktoré používajú motor (napríklad práčka), sa veľmi často používa Hallov senzor na výpočet počtu otáčok. Má tvar krúžku s dvoma drôtmi a je pripevnený k rotoru elektromotora. Jeho práca je organizovaná nasledovne: v dôsledku otáčania hriadeľa je na snímač privedené napätie, ktorého sila závisí od rýchlosti otáčania rotora. Čím vyššie sú otáčky, tým väčší je potenciálny rozdiel. Elektronická jednotka analyzuje hodnotu napätia a nastavuje požadovanú rýchlosť otáčania.
Ak chcete skontrolovať prevodník, musíte odobrať multimeter a zazvoniť odpor snímača. Normálna hodnota pracovného zariadenia je asi 60 ohmov. Ak nie je k dispozícii žiadny multimeter, môžete zobrať jednoduchý voltmeter a zmerať napätie v mieste, kde je pripojený samotný snímač.
Vzor pre praktické opakovanie
Jednoduchá schéma používajúca Hallov senzor, ktorý sa používa na registráciu otvárania dverí, nie je pre samo-zostavenie zložitá. Výhodou použitia senzora je to, že jeho činnosť nevyžaduje mechanický kontakt, napríklad jazýčkový spínač. Senzor je umiestnený na ráme dverí a magnet na dverách. Obvod je založený na snímači MH 183 a čipe CD 4093 . Zdroj energie je deväť voltov.
Keď je tranzistorový spínač vystavený magnetickému toku, je v aktívnom stave. Signál zo senzora smeruje na vstup mikroobvodu a zakazuje činnosť jeho generátora. LED1 svieti. Ak sa dvere otvoria, magnetická sila pôsobiaca na snímač zoslabuje alebo zmizne a generátor sa spustí v mikroobvode a LED zhasne. Rezistor R1 je určený na ochranu Hallovho konvertora pred reverzným výpadkom napätia. Hallov senzor našiel svoje uplatnenie v mnohých oblastiach a je nevyhnutným nástrojom pre ľudí v každodennom živote. Vďaka nemu existujú takzvané „inteligentné“ zariadenia.