Hall-Effekt-Sensor verstehen

Der Hall-Effekt ist nach Edwin Hall benannt, der 1879 entdeckte, dass, wenn ein Magnetfeld durch eine stromführende leitfähige Platte in einer Richtung senkrecht zur Plattenebene verläuft, ein Spannungspotential über der Platte entsteht. Die im oberen Bild dargestellte Lorentz-Kraft ist das zugrunde liegende physikalische Prinzip, das den Hall-Effekt untermauert. Wenn sich ein Elektron in eine Richtung senkrecht zum angelegten Magnetfeld B bewegt, wird es einer Kraft namens Lorentz-Kraft ausgesetzt, die sowohl zum angelegten Feld als auch zum Stromfluss senkrecht steht.

Ein Hall-Effekt-Sensor (oder einfach Hall-Sensor) ist ein Sensortyp, der den Hall-Effekt nutzt, um das Vorhandensein und die Amplitude eines Magnetfelds zu erkennen. Die Ausgangsspannung des Hallsensors ist proportional zur Feldstärke. In diesem Artikel lernen Sie Definition, Anwendungen, Diagramm, Funktionsprinzip, Vor- und Nachteile des Hall-Effekt-Sensors kennen.

Was ist ein Hallsensor?

Ein Magnetsensor ist eine Form eines Hall-Effekt-Sensors. Ein Hall-Effekt-Sensor ist ein Wandler, der auf Änderungen in einem Magnetfeld reagiert, indem er seine Ausgangsspannung variiert. Es ist ein elektronisches Gerät, das den Hall-Effekt erkennt und seine Ergebnisse in elektronische Daten umwandelt, die dann zum Ein- und Ausschalten eines Schaltkreises, zum Messen eines schwankenden Magnetfelds, zur Verarbeitung durch einen integrierten Computer oder zur Anzeige auf einer Schnittstelle verwendet werden können .

Wenn ein Magnet senkrecht zu einem stromdurchflossenen Leiter platziert wird, werden die Elektronen im Leiter zu einer Seite gedrückt, was zu einer Potentialdifferenz in der Ladung (d. h. Spannung) führt. Das Vorhandensein und die Amplitude eines Magnetfelds in der Nähe eines Leiters werden somit durch den Hall-Effekt angezeigt.

Anwendungen des Hallsensors

Die folgenden sind die üblichen Anwendungen des Hall-Effekt-Sensors:

• Hall-Sensoren werden in Anwendungen wie Näherungs-, Standort-, Geschwindigkeits- und Strommessung eingesetzt.
• Hall-Sensoren werden häufig verwendet, um die Geschwindigkeit von Rädern und Wellen zu messen, z. B. für Tachometer oder die Zündung von Verbrennungsmotoren.
• Sie werden verwendet, um die Position des Permanentmagneten in bürstenlosen Gleichstrom-Elektromotoren zu erkennen.
• Die Erkennung eines beweglichen Elements anstelle eines mechanischen Endschalters ist eine gängige Anwendung. Die Indizierung von Rotations- oder Translationsbewegungen ist eine weitere häufige Verwendung.

Diagramm eines Hallsensors:

Arbeitsprinzip

Bei der Funktion eines Hall-Effekt-Sensors leitet ein dünnes rechteckiges Halbleitermaterial vom p-Typ wie Galliumarsenid (GaAs), Indiumantimonid (InSb) oder Indiumarsenid (InAs) einen kontinuierlichen Strom durch sich selbst, um einen Hall-Effekt-Sensor zu bilden. Die magnetischen Flusslinien üben eine Kraft auf das Halbleitermaterial aus, wenn die Vorrichtung in ein Magnetfeld gebracht wird, wodurch die Ladungsträger, Elektronen und Löcher zu beiden Seiten der Halbleiterplatte abgelenkt werden. Die magnetische Kraft, der Ladungsträger beim Durchgang durch das Halbleitermaterial ausgesetzt sind, versetzt sie in Bewegung.

Der Aufbau von Ladungsträgern erzeugt eine Potentialdifferenz zwischen den beiden Seiten des Halbleitermaterials, da Elektronen und Löcher seitwärts wandern. Das Vorhandensein eines externen Magnetfelds im rechten Winkel zum Halbleitermaterial beeinflusst dann den Durchgang von Elektronen durch es hindurch, und diese Auswirkung ist bei flachem, rechteckig geformtem Material stärker. Der Hall-Effekt ist das Ergebnis der Verwendung eines Magnetfelds zur Erzeugung einer quantifizierbaren Spannung.

Magnetische Flusslinien müssen senkrecht (90o) zum Stromfluss sein und die richtige Polarität haben, oft ein Südpol, um eine Potentialdifferenz über dem Gerät zu erzeugen. Der Hall-Effekt verrät die Art des Magnetpols sowie die Stärke des Magnetfelds. Ein Südpol beispielsweise bewirkt, dass das Gerät einen Spannungsausgang erzeugt, während ein Nordpol keine Auswirkung hat. Wenn kein Magnetfeld vorhanden ist, sollten Hall-Effekt-Sensoren und -Schalter im „AUS“-Zustand sein (offener Stromkreis). Wenn sie einem Magnetfeld geeigneter Stärke und Polarität ausgesetzt werden, schalten sie „EIN“ (geschlossener Stromkreis).

Sehen Sie sich das folgende Video an, um mehr über den Hallsensor zu erfahren:

Vor- und Nachteile eines Hallsensors

Vorteile:

Nachfolgend sind die Vorteile eines Hallsensors in seinen verschiedenen Anwendungen aufgeführt:

• Im Vergleich zu elektromagnetischen Schaltern ist es recht günstig.
• Es ist möglich, mit einer hohen Frequenz zu arbeiten.
• Es kann für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden, einschließlich Verschiebungs-, Positions- und Näherungssensoren.
• Es ist stark und langlebig und kann rauen Bedingungen standhalten.
• Weil sie resistent gegen Feuchtigkeitskontamination sind, eignen sie sich ideal für eine Vielzahl von Anwendungen.
• Es gibt keine Probleme mit Kontaktprellen.

Nachteile:

Der einzige Nachteil des Hall-Effekt-Sensors besteht darin, dass der Sensor aufgrund der Fehlausrichtung des Kontakts im Hall-Element und der piezoresistiven Effekte schwach wird.

Schlussfolgerung

Ein Hall-Effekt-Sensor (oder einfach Hall-Sensor) ist ein Sensortyp, der den Hall-Effekt nutzt, um das Vorhandensein und die Amplitude eines Magnetfelds zu erkennen. Die Ausgangsspannung des Hallsensors ist proportional zur Feldstärke. Das ist alles für diesen Artikel, in dem Definition, Anwendungen, Diagramm, Funktionsweise, Vor- und Nachteile eines Hall-Effekt-Sensors besprochen werden.

Ich hoffe, Sie lernen viel aus der Lektüre, wenn ja, teilen Sie sie bitte mit anderen Schülern. Danke fürs Lesen, bis bald!