Эффект холла нашел широкое применение
В позапрошлом столетии был открыт знаменитый эффект холла, который успешно применяется и по сей день. Сущность эффекта состоит в том, что благодаря магнитному полю или импульсу образуется разность потенциалов, что способствует появлению выходного напряжения. Множество датчиков было придумано на основе подобного эффекта. Рассмотрим их подробнее.
Эффект Холла и его прогресс
Датчики холла или ДХ получили сегодня весьма широкую популяризацию, так как выходное напряжение у них определяется суммой 2-х величин.
Еще в начале 70-х годов прошлого столетия заграницей успешно внедрялись в промышленность бесконтактные клавишные переключатели. Уже тогда были отмечены: высокая надежность, малые габариты и долговечность приборов. Хотя были и недостатки: дороговизна и больший расход потребления энергии.
Схема датчика на эффекте холла
Что собой представляет ДХ? Это прибор с щелевой конструкцией, функционирующий либо по магнитному принципу, либо по импульсному. Первые называются аналоговыми, вторые – цифровыми.
Вообще, об эффекте Холла написано немало. Эффект активно используется в технике, его продолжают совершенствовать путем различных исследований.
Например, в 80-х годах прошлого века одним немецким ученым, получившем после этого Нобелевскую премию, были проведены исследования эффекта Холла при очень низких температурах. Им впервые было обнаружено, что напряженность магнитполя меняется не плавно, как следовало ожидать, а скачками.
Интересный момент. Величина скачка зависела от комбинации первоначальных физич. констант, никоим образом не завися от особенностей материала. Каноны квантмеханики чудесным образом меняли эффект Холла, и в физике такое явление стало называться квантовым эффектом.
Сила Лоренца и датчик холла
Несколькими годами позже уже квантовый эффект Холла подвергается исследованию. На этот раз в качестве образца применили арсенид галлия больших размеров, изготовленный искусственно.
Образец имел такую степень чистоты, что сквозь него электроны проходили абсолютно беспрепятственно.
Отличие эксперимента от схожего теста немецкого ученого, открывшего квантовый эффект, заключалось в том, что он проводился в холод и в более мощных магнитполях.
И здесь ученые обнаружили сенсационную особенность. Скачок в сопротивлении был в несколько раз больше, чем у немецкого ученого. В дальнейшем были обнаружены еще более высокие скачки. Что все это значило – комбинация физпостоянных делилась на дробное число, а вовсе не на целое.
Магнит и эффект холла
Разом опровергалась теория физиков, утверждавших, что заряд электрона является константой. А последняя не делится на части, как известно, а лишь только на целое.
| Металл (сплав) | Т, °С | В, Тл | R, mj/k |
|---|---|---|---|
| Алюминий | -190 0 +300 +600 |
0,54 | -0,22 -0,33 -0,39 -0,41 |
| Золото | -190 0 +300 +600 |
0,54 | -0,715 -0,695 -0,721 -0,785 |
| Серебро | -190 0 +300 +600 |
0,54 | -0,925 -0,909 -0,949 -1,002 |
| Медь | -190 0 +300 +600 |
0,54 | -0,56 -0,513 -0,543 -0,587 |
| Железо | +26 | 0,3…1,7 | +5,5 |
| Кобальт | + 100 +300 +460 +960 |
0,1…1,6 0,1 …1,6 0,1… 1,6 0,2… 1 |
+8,65 +21,2 +89,4 +200 |
| Морганец-сурьмо | +20 +320 |
0…2 0…2 |
+ 1200 +10500 |
| Хром-теллур | 0-1,6 | -31500 |
Виды ДХ
Применение ДХ на основе Холла подразумевают выбор магнитсистемы и сенсора, отличающего соответствующими эксплуатационными характеристиками. Два этих самых компонента объединены в систему, удовлетворяющую конкретное применение. Так как характеристики ДХ предопределены, то и применение их не требует каких-либо разработок, а состоит лишь в механическом сопряжении.
Рассмотрим основные виды ДХ, применяемых сегодня подробнее.
Ползунковый ДХ
Ползунковый датчик холла
Аналоговый прибор с цифровым выходом. Магнит с датчиком жестко установлен в едином корпусе, не подверженным воздействию магнита. Ползунковый ДХ обязательно имеет зазор, сквозь который проходит железная перегородка или экран.
Базовая конструкция ДХ ползункового типа не всегда бывает одинаковой. Возможен и другой способ ее реализации, подразумевающий добавление магнита со стороны ДХ. Такая схема влияет на уменьшение магнитного сопротивления.
Перегородка или экран в ползунковых типах ДХ может иметь несколько «зубцов», расстояния между которыми определяются словом «окно».
Ползунковые ДХ могут иметь отдельные, присущие только им параметры.
ДХ цифровые
Эта разновидность датчиков считается более скоростной. Изготавливаются они с использованием цифры на выходе. Называют их еще токовыми ДХ, ведь они включают в свой состав сенсор и электромагнит. Они соединены в едином фюзеляже.
Схема цифрового датчика холла
Принцип функционирования ДХ базируется на законах электромагнита. Последний успешно создает магнитполе по обе стороны проводника при прохождении импульса. В данном случае плотность магнитного поля одинакова с величиной тока, идущего по проводнику.
Линейные ДХ
Еще одна разновидность ДХ, имеющих аналоговый выход. Такой ДХ содержит ферритовое или стальное кольцо, чип датчика и единый корпус.
Когда сквозь проводник идет импульс, генерируется магнитное поле. Оно же концентрирует магнитный поток в области микросхемы.
Линейные ДХ считаются наиболее эффективными приборами для контроля ДВС.
Линейный датчик холла
Линейный ДХ работает по принципу измерения отношения. Благодаря этому и конструктивному исполнению гарантируется нормальная работа системы зажигания при высоких напряжениях и больших дозах тока.
Замкнутые ДХ
Такие регуляторы еще называются устройствами с замкнутой петлей тока. Такие ДХ усиливают выход, управляющий током. Генерируемое добавочным проводником магнитполе, направляется в противоположную сторону по сравнению со стандартной ситуацией. Такой ретроградный эффект является причиной того, что совокупное магнитполе равняется 0, а вторичное напряжение, проходя резистор, создает напряжение на выходе.
Существуют еще и другие разновидности ДХ, в том числе, имеющие принцип, основанный на механических переключателях. Однако такую широкую популярность, как описанные выше, они не получили.
Благодаря датчикам сегодня радиолюбителями собирается масса различных устройств. Это могут быть игрушки, такие как левитрон или энкодер – контроллер. Последние уже используются, как самостоятельные измерители вращающихся объектов.
Автомобильный датчик холла
Современные энкодеры имеют большую востребованность, нашли применение в металлургии, упаковочно-розливной промышленности, на испытательных стендах и т. д.
Энкодеры бывают абсолютные и инкрементные. Первые способны определять положение предметов в цифре, т.е, более точнее. Они имеют массу преимуществ, используются в высокоточных системах, например, в станках с ЧПУ и т. д.
Вторая разновидность энкодера тоже выдает цифровой код, но только импульсный. Применяется для определения скорости вращения. По сравнению с абсолютным энкодером имеет много недостатков.
Поделитесь с друзьями в соц.сетях:
