اثر هال توسط دکتر ادوین هال (Dr. Edwin Hall) در سال ۱۸۷۹ کشف شد.او پی برد وقتی که میدان مغناطیسی عمودی یک آهنربا به یک ضلع مستطیل نازکی از جنس طلا که دارای جریان الکتریکی است وارد می‌شود باعث بوجودامدن اختلاف پتانسیل در ضلع مقابل می‌گردد. همچنین او با این نکته پی برد که میزان ولتاژ به اندازه جریان عبوری از رسانا و چگالی شار مغناطیسی عمود بر صفحه مستطیل بستگی دارد. ماده هال می‌تواند یا نیمه رساناهایی از نوع P مانند آرسناید گالیوم یا GaAs، آنتیموناید ایندیوم یا InSb وآرسناید ایندیوم یا InAss باشد. ولتمتری در مسیر محور عرضی این صفحه قرار داده شده‌است که در غیاب میدان مغناطیسی عمود بر صفحه ولتاژ صفر را نمایش می‌دهد. شکل هنگامیکه یک میدان مغناطیسی در جهت محور عمود بر صفحه نیمه رسانا به آن اعمال شود (مطابق شکل ۲-۱) نیروی لورنتز(به انگلیسی:Lorentz Force) بر حامل‌های بار(الکترونها و حفره‌ها) اعمال شده در نتیجه آنها به دو طرف صفحه نیمه هادی رانده می‌شوند. در نتیجه اختلاف پتانسیلی در عرض صفحه بوجود آمده و ولتمتر ولتاژ اندکی را نشان می‌دهد که به آن ولتاژ هال ({\displaystyle V_{H}}
حسگرهای اثر هال در بسیاری از ابزار اندازه گیری استفاده می‌شوند. در شرایطی که متغیر حس شونده میدان مغناطیسی تولید کند یا آنرا از خود عبور دهد حسگرهای اثر هال به خوبی وظیفه خود را انجام می‌دهند ولتاژ هال متناسب است با جریان الکتریکی (I) و میدان مغناطیسی (B)
اندازه این ولتاژ در محدودهٔ میکرو ولت می‌باشد. به همین خاطر در کاربردهای عملی حضور تقویت کننده‌ها ضروری می‌باشد.
یک حسگر اثر هال مبدلی است که در پاسخ به تغییرات میدان مغناطیسی خروجی ولتاژ نشان می‌دهد.با اعمال میدان‌های مغناطیسی نسبتاً بزرگ ولتاژ خروجی در محدودهٔ چند میکروولت می‌باشد . برای ارتقا حساسیت حسگر و گرفتن خروجی مطلوب با بیشترین دقت و با حداقل خطای هیسترزیس باید از تقویت کننده، رگولاتور ولتاژ و مدارهای سوییچینگ منطقی استفاده کرد.
کاربردهای حسگر اثر هال
- کاربردهای حسگر با خروجی دیجیتال:
- کنترل موتور(تشخیص سرعت )
- تجهیزات عکاسی (اندازه گیری زمان)
- زمان احتراق
- حسگر مکان
- شمارنده پالس (چاپگر و درایو موتور)
- حسگرتعیین مکان ساقه شیر
- Joy stick
- قفل شدن در
- مشاهده جریان (سیستم موتور)
- اندازه گیری سرعت چرخش
- اندازه گیری فلو
- رله
- آشکارسازهای نزدیکی
- امنیتی (کارت‌های مغناطیسی )
- ماشین‌های بانکی (گوینده اتوماتیکی)
- ارتباطات راه دور
- فشارسنج‌ها
- سوییچ‌های محدود کننده
- سنسور تعیین مکان لنز
- تست تجهیزات
- سنسور تعیین مکان شفت
- دستگاه‌های سکه‌ای
- کاربردهای سنسور با خروجی خطی :
- مشاهده جریان
- درایو دیسک
- درایو فرکانس متغیر
- کنترل حفاظت موتور
- حفاظت منبع تغذیه
- اندازه گیری مکان
- دیافراگم فشار
- پتانسیومترهای غیر تماسی
- سوییچ‌های انکودر
- انکودرهای چرخشی
- تنظیم کننده ولتاژ
- ردیاب فلزات آهن دار
- در زیر به توضیح چند یک از کاربردهای ذکر شده در بالا می‌پردازیم
- بستن در(door interlock ) و زمان احتراق :
- در این روش سنسور طوری قرار می‌گیرد که زمانی که کلید داخل قفل قرار می‌گیرد باعث می‌شود میدان مغناطیسی بچرخد.از مزایای این روش یخ، آب و دیگر مشکلاتی که مخالف شرایط طبیعی هستند حذف شده‌اند.
- این روش همچنین به عنوان قفل الکتریکی می‌تواند به کار رود.
- حسگر RPM :
- حسگر RPM یکی ازعمومی‌ترین کاربردها برای حسگر اثر هال است.
- شار مغناطیسی مورد نیاز برای عملکرد حسگر می‌تواند با آهن ربای جدا که بر روی شفت یا چرخ تصب شده‌است یا به وسیله حلقه مغناطیسی تامین شود.
- حسگر دما و فشار :
- حسگربا خروجی خطی این امکان را می‌دهد که پارامترهای دیگری به جز مکان و جریان را اندازه گرفت.
زمانی که سنسور خطی با نیروی مغناطیسی ترکیب می‌شود می‌تواند برای اندازه گیری دما یا فشار به کار رود.
- در اندازه گیری فشار قسمت مغناطیسی به قسمت فانوس(bellows) متصل شده‌است. هنگامی که بلو منبسط یا منقبض می‌شود قسمت مغناطیسی حرکت می‌کند. اگر سنسور در نزدیکی قسمت مغناطیسی قرار گرفته باشد ولتاژ خروجی متناسب با فشار ورودی می‌توان به دست آورد.
- طرز کار اندازه گیری دما نیز مشابه فشار است به غیر از اینکه گازبا انبساط حرارتی مشخصی در قسمت بلو قرار گرفته‌است و هنگامی که محفظه گرم می‌شود و گاز منبسط می‌شود و باعث ایجاد ولتاژی که متناسب با دما برای سنسور می‌کند.
- کارت خوان مغناطیسی :
- سیستم امنیتی قفل در می‌تواند با با استفاده از سنسور خروجی خطی ι کارت‌های مغناطیسی و مدارات میکروپروسسورهای خطی مانند شکل زیر طراحی شود.
- در این مثال با لغزش کارت خروجی سنسور تغییر می‌کند. این سیگنال آنالوگ به دیجیتال تبدیل می‌شود تا برای عملکرد رله مناسب باشد.زمانی که پالسی به رله‌های سلنوئیدی می‌رسد در باز می‌شود.
- حسگر اتومبیل:
- در شکل زیر بسیاری از جاهایی که حسگر اثر هال می‌تواند به کار رود مانند مانیتورینگ ι تعین مکان یا وسایل فیدبک امنیتی برای صنعت خودروسازی به کار رود.
- هر دو سنسور خروجی خطی و دیجیتال در این کاربردها استفاده می‌شود مانند اندازه گیری فلو حسگر جریان٬حسگر مکان٬قفل در ٬حسگر فشار٬حسگرRPM و غیره.
- سنسورهای لرزشی
فهرست مطالب:
معرفی
تاریخچه
تئوری اثر هال
سنسور اثر هال به صورات مدار مجتمع
ویژگی ها
Datasheet
کاربردها
لیست مراجع
پاورپوینت کامل با عنوان سنسور اثر هال در 46 اسلاید