چه تفاوتی بین سنسور فعلی اثر فعلی و سنجش موقعیت وجود دارد

استفاده از جلوه هال برای اندازه گیری کنونی ذاتاً قوی است ، اما می تواند یک ابزار حتی همه کاره تر باشد که هنگام سنجش موقعیت انجام شود.

سنجش ، در تمام اشکال آن ، برای بسیاری از برنامه های کاربردی اساسی است. این به طور همواره شامل یک ماده است که به عنوان مبدل عمل می کند ، برای تبدیل یک خاصیت به دیگری. در الکترونیک ، عنصر سنجش دارای خواص فیزیکی خواهد بود که در نتیجه عمل سنجش تغییر می کند ، مانند مقاومت یا واکنش پذیری آن که امکان اندازه گیری تغییر در جریان یا ولتاژ را می دهد.

جلوه هال

در سال 1879 ، ادوین هال فهمید که هنگامی که یک هادی یا نیمه هادی با جریان در یک جهت عمود بر یک میدان مغناطیسی معرفی می شود ، می توان یک ولتاژ را با زاویه های درست به مسیر فعلی اندازه گیری کرد. به خوبی مشخص شده است که اثر هال ناشی از تعامل ذرات بارشی مانند الکترون ها در پاسخ به میدان های الکتریکی و مغناطیسی است.

اثر هال ، همانطور که برای سنسورها اعمال می شود ، یا به عنوان یک اختلاف ولتاژ قابل اندازه گیری در سراسر یک هادی که از طریق آن باید جریان ثابت وجود داشته باشد ، یا به عنوان یک جریان قابل اندازه گیری در سراسر هادی که از طریق آن یک ولتاژ ثابت باید جریان یابد ، تجلی می یابد (شکل 1) . اختلاف ولتاژ با مقاومت یک میدان مغناطیسی متناسب است. این بدان معنی است که اثر هال به دو روش بسیار خاص قابل استفاده است ، حتی اگر اثر اساسی در هر دو مورد یکسان باشد.

1. از نظر سنسورها ، اثر هال یا اختلاف ولتاژ قابل اندازه گیری در هادی است که از طریق آن باید جریان ثابت وجود داشته باشد ، یا یک اختلاف جریان قابل اندازه گیری در سراسر هادی که از طریق آن باید یک ولتاژ ثابت جریان یابد.

سطح سیگنال به دلیل تغییر میدان ، نسبت به نویز پس زمینه ، اندک است (دامنه μV). بنابراین ، برای استفاده از آن به مسیرهای سیگنال کاملاً پیچیده ای احتیاج دارد.

بدون اینکه بخواهیم کشف ادوین هال را به هر طریقی بی ارزش جلوه دهیم ، این اثر واقعاً کاربردی از نیروی لورنتس است که تعامل بین نیروهای الکتریکی و مغناطیسی را با بار نقطه به دلیل تغییر میدان الکترومغناطیسی شرح می دهد.

به عبارت ساده ، در مورد اثر هال ، نیروی لورنتز تأثیر یک میدان مغناطیسی را بر روی ذره ی بار دار توصیف می کند ، به طور خاص جهت مجبور به گرفتن آن هنگام عبور از یک هادی در معرض میدان مغناطیسی. حرکات بدنی منجر به شارژ کم و بیش در سطح سطح رسانا می شود که منجر به اختلاف پتانسیل شناخته شده به عنوان ولتاژ هال می شود.

سنجش کنونی هال-اثر

این واقعیت که اثر هال به یک میدان مغناطیسی بستگی دارد ، می تواند از آن به عنوان یک فناوری بدون تماس استفاده شود. بنابراین ، برخلاف معمول ترین روش سنجش جریان ، غیرقابل نفوذ است ، که شامل استفاده از یک مقاومت کم ارزش به عنوان شنت و اندازه گیری افت ولتاژ در آن است. استفاده از جلوه هال برای اندازه گیری فعلی ذاتاً در برنامه های پرقدرت قوی است ، زیرا به عنوان مرجع به پتانسیل زمینی اعتماد نمی کند.

با داشتن سنسور جریان معمولی Hall-Effect ، این به معنای قرار دادن سنسور عمود بر میدان مغناطیسی و استفاده از کنسانتره است ، به طور معمول یک هسته فرومغناطیسی که به صورت حلقه یا مربع شکل گرفته است ، در اطراف رسانای حامل جریان قرار می گیرد تا اندازه گیری شود (شکل. 2) این سنسور معمولاً در یک شکاف هوای کوچک که بین دو انتهای هسته فرومغناطیسی تشکیل می شود ، نگه داشته می شود.

2. در اینجا مقایسه ای از نحوه قرارگیری سنسورهای فعلی Hall-Effect و Hall-IMC ارائه شده است.

با وجود سنسور جریان IMC-Hall ، عنصر سنجش به موازات جریان جریان قرار می گیرد (شکل 2 ، دوباره) . در این حالت ، هیچ هسته فرومغناطیسی لازم نیست. با این حال ، یک سپر ممکن است برای مصونیت ایمنی متقابل لازم باشد. این بدان معنی است که می توان برای اندازه گیری جریان جاری در یک نوار اتوبوس یا مسیر PCB فقط با قرار دادن سنسور بر روی نوار یا آهنگ استفاده کرد. این نوع سنسور با استفاده از فن آوری IMC-Hall با استفاده از کنسانتره مغناطیسی یکپارچه (IMC) ساخته شده توسط Melexis فعال می شود (شکل زیر را مشاهده کنید) .

اصولاً ، این میدان مغناطیسی است که به واسطه تأثیر هال شناسایی می شود ، و نه جریان خود ، جریان مغناطیسی را ایجاد می کند.

سنجش موقعیت هال-اثر

همین اصل را می توان برای تشخیص وجود ، عدم حضور یا نزدیکی یک میدان مغناطیسی استفاده کرد. به طور موثر ، ولتاژ هال که از حرکت یک آهنربا در بالای سنسورها حاصل می شود ، می تواند شناسایی ، تقویت و پردازش شود. این فرصتی برای استفاده از جلوه هال برای تشخیص موقعیت یا حتی جهت یابی اشیاء با توجه به سنسور است.

در یک کاربرد ساده ، این ممکن است نسبتاً درشت باشد ، مانند زمان باز یا بسته بودن لپ تاپ. یا ممکن است هنگامی که از آن برای تشخیص حرکت یا چرخش خطی استفاده می شود ، مانند تغییر در موقعیت یک جسم متحرک ، پیچیده تر باشد (شکل 3) . از این نظر ، استفاده از جلوه هال برای تشخیص موقعیت بسیار متنوع تر از استفاده از آن به عنوان سنسور جریان است.

کنسانتره مغناطیسی یکپارچه (IMC)

یکی از اشکالات بیشتر سنسورهای اثر هال ، که مربوط به نحوه کارآیی اثر است ، این است که صفحه هال که برای حس کردن این زمینه استفاده می شود ، فقط به یک محور محدود می شود.

برای پرداختن به این اشکال ، Melexis یک کنسانتره مغناطیسی یکپارچه یا IMC را توسعه داد ، که باعث می شود اثر هال بسیار انعطاف پذیر تر شود. IMC اجازه می دهد تا سنسورهای اثر هال ، در حالی که در هواپیما باقی مانده اند ، میدان های مغناطیسی را از محورهای X ، Y و Z تشخیص دهند (شکل 4) . در نتیجه ، مزایای کاربرد چندگانه است ، از جمله انعطاف پذیری جهت یابی سنسور.

4- کنسانتره مغناطیسی یکپارچه اجازه می دهد تا سنسورهای اثر هال ، در حالی که در هواپیما باقی مانده اند ، میدان های مغناطیسی را از محورهای X ، Y و Z تشخیص دهند.

سنجش اثر هال در برنامه های کاربردی خودرو

با گنجاندن فناوری IMC ، بسیاری از برنامه ها در صنعت خودرو می توانند جلوه هال را بکار گیرند. با کارکرد در سه بعد ، می توان از سنسور Hall-efekt برای تشخیص موقعیت پدالها ، چرخش ستون فرمان و وضعیت اهرم ترمز و موقعیت صندلی های برقی استفاده کرد.

همچنین می توان از آن در زیر کاپوت برای نظارت بر پمپ های قطعات در حال حرکت و موتورها و همچنین برای اندازه گیری جریان فعلی کشیده شده توسط قطعات الکتریکی پیشرانه مانند اینورتر ، سیستم نظارت بر باتری (BMS) یا روشنایی استفاده کرد. شارژر تخته (OBC).

نتیجه

در اصطلاحات اساسی ، پدیده هال اثر می تواند به روش های مفیدی از جمله سنجش جریان و سنجش موقعیت مورد سوء استفاده قرار بگیرد. با وجود چالش های بزرگی مانند پایین بودن نسبت سیگنال به نویز یا تأثیر میدان ولگرد ، صنعت الکترونیک براساس تأثیر هال در تولید راه حل های قوی و سنجش دقیق موفق بوده است.

به طور خاص ، افزودن مسیر جلوی آنالوگ قوی و سیگنال دیجیتال به همراه فناوریهای اختصاصی مانند Melexis 'IMC-Hall ، به معنای آن است که اثر Hall می تواند برای اندازه گیری جریان و سنجش موقعیت استفاده شود - حتی در محیط های سخت مانند اتومبیل. صنعت.

برای اطلاعات بیشتر ، لطفا با ما در sales@xfullstar.com تماس بگیرید