Cảm biến - bộ chuyển đổi đại lượng vật lý này sang đại lượng vật lý khác (thường là điện) được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị gia dụng và công nghiệp. Nếu không có chúng, rất khó, nếu không muốn nói là không thể đo, số hóa và xử lý các thông số công nghệ như áp suất và lưu lượng (khí hoặc chất lỏng), nhiệt độ, mức, cường độ từ trường hoặc điện trường, v.v. Một trong những cảm biến được sử dụng rộng rãi nhất là cảm biến Hall - chúng được sử dụng cả trong cuộc sống hàng ngày (bắt đầu với điện thoại thông minh hoặc máy tính xách tay) và trong công nghệ công nghiệp phức tạp nhất.
Nội dung
Hiệu ứng hội trường - nguyên lý hoạt động
Hiệu ứng này được phát hiện vào năm 1879 bởi nhà vật lý người Mỹ Edwin Hall và được đặt theo tên của ông.Bản chất của hiện tượng là nếu bạn lấy một tấm kim loại và cho dòng điện chạy qua nó (theo hướng AB trong hình vẽ), sau đó tác dụng lên tấm bằng một từ trường, chẳng hạn do nam châm vĩnh cửu tạo ra, khi đó theo phương vuông góc với dòng điện chạy qua (CD trong hình vẽ) sẽ có hiệu điện thế.
Hiệu ứng này xảy ra do lực Lorentz tác dụng lên các điện tích chuyển động và dịch chuyển chúng theo phương vuông góc với phương chuyển động. Kết quả là, một sự khác biệt tiềm ẩn phát sinh ở các cạnh của tấm, có thể được đo hoặc sử dụng để kích hoạt bộ truyền động (khuếch đại trước). Sự khác biệt này phụ thuộc vào:
- từ cường độ của dòng điện chạy qua;
- từ cường độ của từ trường;
- về nồng độ của hạt tải điện tự do trong vật dẫn.
Hiện tượng này được đặt tên theo người phát hiện ra nó - hiệu ứng Hall.
Các loại và cách sắp xếp của cảm biến Hall
Hiệu ứng này, được phát hiện từ thế kỷ trước, được ứng dụng thực tế. Trên cơ sở đó, người ta chế tạo ra các cảm biến từ trường. Ưu điểm của chúng là không có các yếu tố di chuyển và cọ xát (không giống như công tắc sậy) nên độ tin cậy của chúng cao hơn nhiều. Theo nguyên tắc nhạy cảm cảm biến công nghiệp Hội trường được chia thành:
- đơn cực (chỉ phản ứng với một cực từ - bắc hoặc nam);
- lưỡng cực (bật khi tiếp xúc với từ trường một cực, tắt khi tiếp xúc với từ trường ngược chiều);
- đa cực - phản ứng với bất kỳ cực nào của nam châm.
Hiệu điện thế được tạo ra bởi tác dụng của từ trường lên các điện tích chuyển động là đơn vị, tốt nhất là hàng chục microvolt. Đối với ứng dụng thực tế, điều này là không đủ, sự khác biệt tiềm năng phải được tăng lên. Các bộ khuếch đại này được tích hợp trực tiếp vào thân của các cảm biến, và tùy theo loại bộ khuếch đại, các thiết bị được chia thành hai lớp.
- Tương tự. Trong đó, điện áp ở đầu ra của cảm biến tỷ lệ với từ trường (nó phụ thuộc vào cường độ của nam châm và khoảng cách từ nó). Được xây dựng trên cơ sở một bộ khuếch đại hoạt động và được sử dụng để đo từ trường.
- Kỹ thuật số. Sau khi cài đặt bộ khuếch đại người so sánh hoặc kích hoạt Schmitt. Điện áp đầu ra, khi cảm ứng từ đạt đến một ngưỡng nhất định, sẽ nhảy từ mức không đến mức cao (thường là mức điện áp cung cấp). Các cảm biến như vậy được sử dụng để chế tạo rơ le từ tính hoặc máy phát xung. Tín hiệu khuếch đại từ tấm được đưa vào thiết bị ngưỡng. Khi đạt đến mức cài đặt, cảm biến sẽ được kích hoạt. Mức kích hoạt có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi khoảng cách từ cảm biến đến nguồn của từ trường.
Ứng dụng của cảm biến Hall
Ứng dụng phổ biến nhất của cảm biến Hall trong cuộc sống hàng ngày là hệ thống đánh lửa ô tô không tiếp xúc. Ưu điểm của chúng là không có các nhóm tiếp xúc cơ học. Điều này có nghĩa là không bị mòn, không bị cháy các điểm tiếp xúc, không có nguy cơ hỏng hóc cơ khí.
Hệ thống phân phối bao gồm một tấm có gờ dẫn động bởi trục khuỷu động cơ, một nam châm vĩnh cửu và chính cảm biến Hall. Khi đĩa quay, các phần nhô ra tại một thời điểm xác định chặt chẽ, được xác định bởi vị trí của trục khuỷu, rơi vào khe hở giữa cảm biến và nam châm, làm thay đổi các thông số của từ trường.Cảm biến tạo ra các xung đồng bộ với chuyển động quay của trục khuỷu, giúp điều chỉnh điện áp cung cấp cho cuộn cao áp tại các mốc thời gian cần thiết. Ngoài ra, cảm biến từ trường trong xe hơi được sử dụng để nhận biết vị trí của trục khuỷu.
Một công dụng khác của cảm biến nhạy từ là xác định vị trí của rôto của động cơ điện. Phần tử rơ le được lắp trên stato động cơ và được kích hoạt khi cực đi qua. Trên nguyên tắc này, bạn có thể chế tạo đồng hồ đo vòng tua máy hoặc đồng hồ đo tốc độ.
Các thiết bị được xây dựng dựa trên hiệu ứng Hall được sử dụng trong máy tính xách tay hoặc thiết bị di động - như một chỉ báo về vị trí đóng của nắp. Khi cảm biến được kích hoạt, máy tính sẽ chuyển sang chế độ ngủ hoặc tắt. Và trong điện thoại thông minh, một trong những chức năng của cảm biến phản ứng với từ trường của Trái đất là tổ chức của la bàn điện tử.
Cảm biến Analog Hall được sử dụng trong các dụng cụ đo lường - nơi cần đánh giá mức độ của từ trường. Chúng không thể thiếu để đo cường độ dòng điện trong dây dẫn không tiếp xúc. Như bạn đã biết, khi dòng điện đi qua một vật dẫn, một từ trường phát sinh xung quanh nó. Cường độ của nó phụ thuộc vào cường độ của dòng điện. Nếu dòng điện xoay chiều thì có thể đo trường bằng các cách khác (ví dụ với máy biến dòng), nhưng với dòng điện một chiều thì không thể thiếu cảm biến Hall. Kẹp dòng điện một chiều hoạt động dựa trên nguyên tắc này.
Ứng dụng kỳ lạ nhất của hiệu ứng Hall là việc chế tạo động cơ tên lửa ion theo nguyên lý của nó.
Cách kiểm tra hiệu suất của cảm biến Hall
Để kiểm tra cảm biến, bạn có thể lắp ráp một mạch đơn giản, ngoài bản thân cảm biến, bạn sẽ cần:
- cung cấp điện cho điện áp mong muốn;
- điện trở với điện trở khoảng 1 kOhm;
- Điốt phát quang;
- nam châm.
Nếu không có đèn LED, thì thay vì nó (và điện trở hạn chế dòng điện), bạn có thể sử dụng đồng hồ vạn năng (kỹ thuật số hoặc con trỏ) ở chế độ đo điện áp.
Không có yêu cầu đặc biệt nào đối với nguồn điện - dòng điện trong mạch rất nhỏ. Điện áp của nó phải nằm trong điện áp cung cấp của cảm biến được thử nghiệm. Đèn LED được kết nối với cực dương với nguồn điện áp, cực âm với đầu ra của thiết bị được thử nghiệm, vì cảm biến thường được chế tạo với bộ thu mở (nhưng tốt hơn nên kiểm tra trên biểu dữ liệu).
Quy trình thử nghiệm phụ thuộc vào loại thiết bị được thử nghiệm.
- Để kiểm tra một cảm biến kỹ thuật số đơn cực, bạn cần đưa một nam châm vào nó với một cực. Đèn LED sẽ sáng lên (mũi tên của vôn kế con trỏ lệch hoặc số đọc của máy đo kỹ thuật số thay đổi đột ngột). Khi rời nam châm đi một khoảng đáng kể thì mạch sẽ trở lại vị trí ban đầu. Nếu cảm biến không hoạt động, cần phải lật ngược nam châm với cực còn lại và lặp lại quy trình. Nếu đèn LED nhấp nháy, thì cảm biến đang hoạt động. Nếu không đạt được thành công ở bất kỳ vị trí nào của nam châm, thiết bị không thể sử dụng được.
- Một cảm biến kỹ thuật số lưỡng cực được thử nghiệm bằng kỹ thuật tương tự, chỉ có đèn LED sáng lên tại một vị trí của nam châm và không tắt khi nguồn từ trường bị loại bỏ. Mạch không được phản ứng với các thao tác tiếp theo với cùng một cực. Nếu bạn lật nam châm và đưa nó đến cảm biến theo cực ngược lại, đèn LED sẽ tắt. Điều này cho biết tình trạng của thiết bị đang được kiểm tra.Nếu mạch không hoạt động, nghĩa là cảm biến không hoạt động.
- Cảm biến Hall kỹ thuật số đa cực được thử nghiệm theo cách tương tự như cảm biến đơn cực, nhưng thiết bị nhạy từ tính nên hoạt động ở bất kỳ vị trí nào của nam châm.
Cảm biến tương tự được kiểm tra theo cách tương tự như cảm biến kỹ thuật số, nhưng điện áp đầu ra không được thay đổi đột ngột, mà êm dịu khi lực từ tăng lên (ví dụ: nam châm vĩnh cửu tiến lại gần hoặc tăng dòng điện trong cuộn nam châm điện).
Từ quan điểm thực tế, câu hỏi làm thế nào để kiểm tra cảm biến Hall được cài đặt trong hệ thống đánh lửa không tiếp xúc của một chiếc xe hơi là thú vị. Để thực hiện việc này, hãy tháo đầu nối khỏi cảm biến và lắp ráp mạch được chỉ định trực tiếp trên các chân.
Ở đây bạn cũng có thể thay thế đèn LED bằng đồng hồ vạn năng. Quay trục khuỷu của ô tô bằng tay, bạn có thể quan sát các nhấp nháy định kỳ của đèn LED hoặc sự thay đổi điện áp đầu ra từ 0 đến xấp xỉ điện áp của hệ thống điện của ô tô. Một cách thay thế để kiểm tra tại nhà để xe là thay thế tạm thời thiết bị bằng một cảm biến dự phòng tốt đã biết.
Cảm biến Hall đã được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị gia dụng và công nghiệp. Không khó để kiểm tra khả năng sử dụng của nó nếu có hiểu biết về nguyên lý hoạt động của nó.
Các bài tương tự:
