Recenze

Jak funguje Hallův senzor a jaký je princip jeho činnosti?

Charakteristiky magnetického pole je možné měřit jak pomocí elementárních systémů, tak pomocí velmi složitých technologických řešení. Vše závisí na tom, jaká měření se provádějí a jaké výsledky se očekávají. Nejjednoduššími snímači magnetického pole jsou jazýčkové spínače. Tyto prvky mění stav připojeného elektrického obvodu při vystavení magnetickému poli. Jazýčkové spínače se používají všude, například v senzorech otevřených dveří.

Jazýčkové spínače jsou velmi jednoduché systémy. Chcete-li získat další informace o magnetickém poli, můžete také použít kompas. Zhruba takto fungovaly první magnetometry. Nyní je ale možností mnohem více, protože se objevily nové systémy včetně běžných senzorů, které využívají Hallův jev.

Sortiment modelů takových senzorů je extrémně široký – od klávesnic až po posuzování uzavření či otevření ventilu. Hallovy senzory se používají v bezkontaktním zapalovacím systému benzinových motorů, slouží ke čtení vačkového hřídele motoru za účelem stanovení parametrů otáčení. Elektronická řídicí jednotka automobilu na základě údajů ze snímačů určuje provozuschopnost systému zapalování a startování.

Historie senzoru

Všechno to začalo prací Edwina Halla, který objevil efekt později pojmenovaný po něm v roce 1878. Základní myšlenka je jednoduchá: když je magnetické pole aplikováno na vodič, kterým prochází elektrický proud, vzniká na koncích vodiče rozdíl napětí, protože proud teče kolmo k poli.

Tento efekt se nazývá obyčejný Hallův jev, protože existují další jevy, které jsou založeny na interakci vodiče, proudu a magnetického pole.

Senzory, jejichž činnost je založena na Hallově jevu, jsou tedy pouze jedním z typů moderních magnetometrů. Existuje mnoho různých typů senzorů, které používají induktory přijímače. Mohou se otáčet nebo jinak a k měření síly magnetického pole se používají také váhy nebo pružiny. Magnetické pole je možné detekovat i pomocí optických vlastností materiálů a odpovídajících efektů – například Kerrův nebo Faradayův jev.

Existují také velmi specifické senzory, které lze nazvat exotickými. Spoléhají na měření protonové rezonance ve sloučeninách bohatých na vodík a látkách, jako je petrolej, nebo na stanovení energetického stavu molekul plynu, jako je cesium. Existují i senzory se supravodivými cívkami.

Ale právě snímače s Hallovým efektem jsou nejlevnější, mají malé rozměry a jsou velmi praktické. Jak již bylo zmíněno výše, v klávesnicích se používají miniaturní Hallovy senzory. Je těžké si představit klávesnici založenou na supravodivých senzorech připevněných ke spodní části kláves.

Hallovy senzory jsou ideální volbou při vytváření systémů řízení rychlosti pro cokoli, od chladičů po motory v technologii. Snímače byly použity ve videorekordérech a luxusních kazetových magnetofonech. Příklad – Vega-MP122.

Obsluha digitálního kompasu, který se používá v navigačních programech a pomáhá zvýšit rychlost určování polohy.
Optimalizace interakce zařízení s různými doplňky, například magnetickými pouzdry.
Použití senzoru u modelů se skládacím designem pro zapnutí a vypnutí obrazovky při otevírání nebo zavírání víka.

Přečtěte si více

Jak pít kombucha doma: pravidla a návod k použití, kontraindikace.

Jak to funguje?

Na internetu je mnoho videí, která vysvětlují fyzikální principy Hallova jevu. Ale můžete to pochopit bez jakýchkoli videí – vše je zde poměrně jednoduché. Představte si vodiče velikosti a tvaru bankovky. Levá a pravá strana jsou napojeny na stejnosměrný zdroj, který prochází vodičem. Pokud je vodič v dobrém stavu, pak bez vlivu magnetického pole bude napětí v horní a spodní části vodiče blízké nule.

Pokud se ale v systému objeví magnetické pole, jehož čáry jsou umístěny v pravém úhlu k toku proudu, Lorentzova síla začne ovlivňovat elektrony a díry ve vodiči. Částice se začnou vychylovat. V souladu s tím se elektrony budou shromažďovat na jedné straně vodiče, ale nebudou na druhé straně.

Pomocí multimetru můžete měřit napětí v horní a spodní části vodiče. Pokud odstraníte magnetické pole, napětí bude opět téměř nulové.

V zařízeních, které využívají Hallův jev, se přidává další obvod, který obvykle obsahuje zesilovač Hallova napětí. Někdy existuje regulátor předpětí. Digitální výstupní snímač může mít komparátor a výstupní tranzistor.

Všechny senzory jsou jiné

Existují dva hlavní typy Hallových senzorů – jedná se o digitální senzory, které se zase dělí na unipolární a bipolární. A také analogové senzory.

Pokud chcete ve svém projektu použít Hallův senzor, musíte podrobně porozumět jeho základním charakteristikám. Snímače mají omezení ve frekvenčním rozsahu a některé mohou být poměrně drahé. Například Melexis má zařízení na 250 kHz, tato frekvence je mnohem vyšší než u většiny podobných systémů. Bude fungovat pouze při 5V a 15mA.

Příklad datového listu ukazuje, že existují dva druhy tohoto senzoru – 7,5 mT (millitesla), druhý – 20 mT. Existuje dokonce verze s 60 mT.

Hallovy senzory lze integrovat do elektronických obvodů. Například ESP32 má svůj vlastní Hallův senzor, jak ukazuje video výše.

Vývoj systémů založených na Hallově jevu

Jak je ukázáno výše, můžete přijít na spoustu věcí. Dalším příkladem je přenosný magnetometr, jehož deska se vejde do plastové krabičky Tic Tac. S jeho pomocí můžete zjednodušit úkol sledování elektrického vedení položeného ve stěně nebo stropě. Dalším příkladem je sledování kávovarů za účelem odhadu počtu připravených šálků kávy.