מה ההבדל בין חישה נוכחית של אפקט הול וחישת מיקום

השימוש באפקט Hall למדידה נוכחית הוא יציב מטבעו, אך הוא יכול להיות כלי רב-תכליתי עוד יותר בכל מה שקשור לחישת מיקום.

חישה, על כל צורותיה, היא בסיסית לכל כך הרבה יישומים. תמיד זה כרוך בחומר שמשמש מתמר, להמרת נכס אחד לאחר. באלקטרוניקה, לאלמנט החישה יהיו תכונות פיזיקליות המשתנות כתוצאה מפעולת החישה, כמו ההתנגדות או התגובה שלו המאפשרים מדידה של שינוי בזרם או במתח.

הול אפקט

בשנת 1879 גילה אדווין הול כי כאשר מוליך או מוליך למחצה עם זרם הזורם בכיוון אחד הוכנס בניצב לשדה מגנטי, ניתן היה למדוד מתח בזווית ישרה אל הנתיב הנוכחי. זה מבוסס היטב כי אפקט ההיכל נובע מאינטראקציה של חלקיקים טעונים, כמו אלקטרונים, בתגובה לשדות חשמליים ומגנטיים.

אפקט ה- Hall, מיושם על חיישנים, מתבטא כהבדל מתח מדיד על פני מוליך דרכו צריך להיות זרם קבוע, או כהבדל זרם מדיד על פני מוליך דרכו צריך לזרום מתח קבוע (איור 1) . הפרש המתח הוא ביחס לחוזק של שדה מגנטי. המשמעות היא שאפשר להשתמש באפקט Hall בשתי דרכים מאוד ספציפיות, למרות שההשפעה הבסיסית זהה בשני המקרים.

1. מבחינת חיישנים, אפקט ה- Hall הוא או הפרש מתח מדיד על פני מוליך דרכו חייב להיות זרם קבוע, או הפרש זרם מדיד על פני מוליך דרכו צריך לזרום מתח קבוע.

רמת האות בגלל שונות השדה, יחסית לרעש רקע, היא קטנה (טווח של µV). לכן זה דורש נתיבי איתות מתוחכמים למדי כדי לעשות בו שימוש.

מבלי לרצות לערער בדרך כלשהי את תגליתו של אדווין הול, ההשפעה היא באמת הרחבה של השימוש בכוח לורנץ, המתאר את יחסי הגומלין בין כוחות חשמליים ומגנטיים במטען נקודתי בגלל שונות בשדה אלקטרומגנטי.

במילים פשוטות, במקרה של אפקט ההיכל, כוח לורנץ מתאר את ההשפעה שיש לשדה מגנטי על חלקיק טעון, ספציפית את הכיוון אותו ייאלץ לנקוט כאשר הוא עובר דרך מוליך שנחשף לשדה מגנטי. התנועה הגופנית גורמת לטעינה פחות או יותר על פני המוליך, מה שמביא להבדל הפוטנציאלי המכונה מתח ההיכל.

חישת זרם הול-אפקט

העובדה שאפקט Hall תלוי בשדה מגנטי פירושו שהוא יכול לשמש כטכנולוגיה ללא מגע. לפיכך, זה לא פולשני, בשונה מהדרך הנפוצה ביותר לחישת זרם, אשר מורכבת משימוש בנגד בעל ערך נמוך כמתמרק ומדידת ירידת המתח שמעליו. השימוש באפקט Hall למדידה נוכחית הוא מטבעו חזק ביישומים בעלי עוצמה גבוהה, מכיוון שהוא אינו מסתמך על פוטנציאל הקרקע כתייחסות.

עם חיישן זרם אפקט הול קונבנציונאלי, המשמעות היא הצבת החיישן בניצב לשדה המגנטי ושימוש בריכוז, בדרך כלל ליבת פרומגנטית המעוצבת כטבעת או ריבועית, הממוקמת סביב המוליך הנושא את הזרם למדידה (איור. 2) . החיישן בדרך כלל היה מוחזק במרווח אוויר קטן שנוצר בין שני קצוות הליבה הפרומגנטית.

להלן השוואה בין מיקומם של חיישני זרם Hall-effect ו- Hall-IMC.

עם חיישן זרם IMC-Hall, אלמנט החישה ממוקם במקביל לזרימת הזרם (איור 2, שוב) . במקרה זה, אין צורך בליבה פרומגנטית; עם זאת, יתכן שיהיה צורך במגן לצורך חסינות מפגש. המשמעות היא שאפשר להשתמש בו למדידת הזרם הזורם במוט אוטובוס או במסלול PCB רק על ידי מיקום החיישן מעל המוט או המסילה. חיישן מסוג זה מופעל על ידי טכנולוגיית IMC-Hall באמצעות רכז מגנטי משולב (IMC) שפותח על ידי מלקסיס (ראה להלן) .

ביסודו, זהו השדה המגנטי שנוצר על ידי הזרם שמתגלה בזכות אפקט ההיכל ולא הזרם עצמו.

חישת מיקום הול-אפקט

ניתן להשתמש באותו עיקרון כדי לאתר נוכחות, היעדרות או קרבה של שדה מגנטי. באופן יעיל, ניתן לאתר, להגביר ולעבד את מתח ה- Hall הנובע מתנועת מגנט על גבי החיישנים. זה נותן הזדמנות להשתמש באפקט Hall כדי לזהות את המיקום או אפילו את התמצאות של עצמים ביחס לחיישן.

ביישום פשוט זה עשוי להיות גס יחסית, למשל כאשר מחשב נייד פתוח או סגור. או שהוא עשוי להיות מתוחכם יותר כאשר משתמשים בו לאיתור תנועה או סיבוב ליניארי, כמו השונות במיקומו של עצם מטלטל (איור 3) . מהבחינה הזו השימוש באפקט Hall לחישת מיקום הוא הרבה יותר תכליתי מהשימוש בו כחיישן זרם.

הריכוז המגנטי המשולב (IMC)

אחד החסרונות של מרבית חיישני האפקט של Hall, שקשור לאופן בו פועל האפקט, הוא שפלטת ה- Hall המשמשת לחישת השדה מוגבלת לציר אחד בלבד.

כדי להתמודד עם החיסרון הזה, מלקסיס פיתחה את ה- Concentrator Magnetic Integrated, או IMC, מה שהופך את אפקט ה- Hall לגמיש הרבה יותר. ה- IMC מאפשר לחיישני אפקט ה- Hall, בעודם נשארים במטוס, לאתר שדות מגנטיים מצירי ה- X, Y ו- Z (איור 4) . כתוצאה מכך יתרונות היישום הם מרובים, כולל גמישות כיוון החיישן.

4. הריכוז המגנטי המשולב מאפשר לחיישני אפקט הול, בזמן שהוא נשאר במטוס, לגלות שדות מגנטיים מצירי X, Y ו- Z.

הול-אפקט חישה ביישומי רכב

עם הכללת טכנולוגיית IMC, יישומים רבים בענף הרכב יכולים להפעיל את אפקט הול. על ידי הפעלה בשלושה ממדים ניתן להשתמש בחיישן אפקט הול כדי לזהות את המיקום של הדוושות, את סיבוב עמוד ההגה ואת מצב מנוף הבלימה ואת מיקום המושבים המופעלים בחשמל.

ניתן להחיל אותו גם מתחת למכסה המנוע כדי לפקח על משאבות ומנועי lije נעים של חלקים נעים, כמו גם למדידת הזרם שנשאב על ידי חלקים חשמליים של מסילת ההנעה, כגון המהפך, מערכת ניטור הסוללות (BMS), או ההפעלה- מטען לוח (OBC).

סיכום

במונחים בסיסיים, ניתן לנצל את תופעת ה- Hall-effect במספר דרכים שימושיות, כולל חישה עכשווית וחוש מיקום. למרות אתגרים גדולים, כמו יחס האות לרעש הנמוך או ההשפעה של שדה תועה, תעשיית האלקטרוניקה הצליחה לפתח פתרונות חישה חזקים ומדויקים על בסיס אפקט הול.

בפרט, תוספת של חזית אנלוגית חזקה ונתיב איתות דיגיטלי, יחד עם טכנולוגיות קנייניות כמו IMC-Hall של מלקסיס, פירושה שאפקט ה- Hall יכול להיות מיושם למדידת זרם וחישת מיקום - אפילו בסביבות קשות כמו הרכב ענף.

למידע נוסף אנא צרו קשר בכתובת sales@xfullstar.com