חיישנים - ממירים של כמות פיזית אחת לאחרת (בדרך כלל, לחשמל) נמצאים בשימוש נרחב בציוד ביתי ותעשייתי. בלעדיהם, קשה מאוד, אם לא בלתי אפשרי, למדוד, לבצע דיגיטציה ולעבד פרמטרים טכנולוגיים כמו לחץ וזרימה (גז או נוזל), טֶמפֶּרָטוּרָה, רמה, חוזק שדה מגנטי או חשמלי וכו'. אחד החיישנים הנפוצים ביותר הוא חיישן Hall - הם משמשים הן בחיי היומיום (החל מסמארטפונים או מחשבים ניידים), והן בטכנולוגיה התעשייתית המורכבת ביותר.
תוֹכֶן
אפקט הול - עקרון הפעולה
אפקט זה התגלה בשנת 1879 על ידי הפיזיקאי האמריקני אדווין הול ונקרא על שמו.מהות התופעה היא שאם לוקחים לוח מתכת ומעבירים דרכה זרם חשמלי (בכיוון AB באיור), ואז פועלים על הלוח עם שדה מגנטי, למשל, שנוצר ממגנט קבוע, אז בכיוון הניצב למעבר הזרם (CD באיור ), יהיה הבדל פוטנציאלי.
השפעה זו מתרחשת עקב כוח לורנץ הפועל על מטענים נעים ועקירתם בכיוון המאונך לכיוון התנועה. כתוצאה מכך, נוצר הבדל פוטנציאלי בקצוות של הצלחת, שניתן למדוד או להשתמש בו כדי להפעיל מפעילים (קדם-הגברה). הבדל זה תלוי ב:
- מעוצמת הזרם הזורם;
- מעוצמת השדה המגנטי;
- על ריכוז נושאי המטען החופשיים במוליך.
התופעה נקראת על שם מגלה - אפקט הול.
סוגי וסידור חיישני הול
האפקט, שהתגלה עוד במאה הקודמת, מצא יישום מעשי. על בסיסו נבנים חיישני שדה מגנטי. היתרון שלהם הוא שאין להם אלמנטים נעים ומשפשפים (בניגוד למתגי קנים), כך שהאמינות שלהם הרבה יותר גבוהה. לפי עקרון הרגישות חיישנים תעשייתיים האולמות מחולקים ל:
- חד קוטבי (מגיבים רק לקוטב מגנטי אחד - צפון או דרום);
- דו קוטבי (להפעיל כאשר נחשפים לשדה מגנטי בקוטביות אחת, לכבות כאשר נחשפים לשדה מגנטי בקוטביות הפוכה);
- omnipolar - מגיבים לכל קטבים של מגנטים.
הפרש הפוטנציאל שנוצר מפעולת שדה מגנטי על מטענים נעים הוא יחידות, במקרה הטוב עשרות מיקרו-וולט. ליישום מעשי, זה לא מספיק, יש להגדיל את ההבדל הפוטנציאלי. מגברים אלו בנויים ישירות בגוף החיישנים, ולפי סוג המגבר מתחלקים המכשירים לשתי מחלקות.
- אנלוגי. בהם, המתח במוצא החיישן פרופורציונלי לשדה המגנטי (תלוי בחוזק המגנט ובמרחק ממנו). בנוי על בסיס מגבר תפעולי ומשמש למדידת שדות מגנטיים.
- דִיגִיטָלי. לאחר התקנת מגבר משווה או הדק של שמיט. מתח המוצא, כאשר ההשראה המגנטית מגיעה לסף מסוים, קופץ מאפס לרמה גבוהה (בדרך כלל לרמת מתח האספקה). חיישנים כאלה משמשים לבניית ממסרים מגנטיים או מחוללי פולסים. האות המוגבר מהצלחת מוחל על מכשיר הסף. כאשר מגיעים לרמה שנקבעה, החיישן מופעל. ניתן לכוונן את רמת ההדק על ידי שינוי המרחק מהחיישן למקור השדה המגנטי.
יישום חיישני הול
היישום הנפוץ ביותר של חיישן הול בחיי היומיום הוא מערכות הצתה לרכב ללא מגע. היתרון שלהם הוא היעדר קבוצות מגע מכניות. משמעות הדבר היא ללא בלאי, ללא שריפת מגעים, ללא סיכון לכשל מכני.
מערכת ההפצה כוללת לוחית עם מדפים המונעים על ידי גל ארכובה של המנוע, מגנט קבוע וחיישן הול עצמו. כאשר הצלחת מסתובבת, הבליטות ברגע מוגדר בהחלט, הנקבע על ידי המיקום של גל הארכובה, נופלות לתוך הפער בין החיישן למגנט, ומשנות את הפרמטרים של השדה המגנטי.החיישן מייצר פולסים המסונכרנים עם סיבוב גל הארכובה, המווסתים את אספקת המתח לסליל המתח הגבוה בנקודות הזמן הנדרשות. כמו כן, חיישני שדה מגנטי במכונית משמשים לזיהוי המיקום של גל הארכובה.
שימוש נוסף בחיישנים רגישים מגנטית הוא לקבוע את מיקום הרוטורים של מנועים חשמליים. אלמנט הממסר מותקן על סטטור המנוע ומופעל כאשר המוט עובר. על עיקרון זה, אתה יכול לבנות מונה סיבובים או מד מהירות.
מכשירים הבנויים על אפקט הול משמשים במחשבים ניידים או מכשירים ניידים - כאינדיקטור למצב הסגור של המכסה. כאשר החיישן מופעל, המחשב עובר למצב שינה או נכבה. ובסמארטפונים, אחד מתפקידיו של החיישן המגיב לשדה המגנטי של כדור הארץ הוא ארגון המצפן האלקטרוני.
חיישני הול אנלוגיים משמשים במכשירי מדידה - שם יש צורך להעריך את רמת השדה המגנטי. הם הכרחיים למדידה ללא מגע של חוזק זרם במוליך. כידוע, כאשר זרם עובר דרך מוליך, נוצר סביבו שדה מגנטי. עוצמתו תלויה בעוצמת הזרם. אם הזרם מתחלף, ניתן למדוד את השדה בדרכים אחרות (לדוגמה, עם שנאי זרם), אבל עם זרם ישר, חיישן הול הוא הכרחי. מלחצי זרם DC פועלים על עיקרון זה.
היישום האקזוטי ביותר של אפקט הול הוא בניית מנועי רקטות יונים על פי העיקרון שלו.
כיצד לבדוק את הביצועים של חיישן הול
כדי לבדוק את החיישן, אתה יכול להרכיב מעגל פשוט, שעבורו, בנוסף לחיישן עצמו, תצטרך:
- ספק כוח עבור המתח הרצוי;
- נַגָד עם התנגדות של כ-1 kOhm;
- דיודה פולטת אור;
- מַגנֵט.
אם אין LED, אז במקום זה (והנגד מגביל הזרם) אתה יכול להשתמש במולטימטר (דיגיטלי או מצביע) במצב מדידת מתח.
אין דרישות מיוחדות לאספקת החשמל - הזרמים במעגל קטנים מאוד. המתח שלו חייב להיות בתוך מתח האספקה של החיישן הנבדק. הנורית מחוברת עם האנודה לפלוס של מקור המתח, הקתודה לפלט של המכשיר הנבדק, מכיוון שהחיישן עשוי בדרך כלל עם אספן פתוח (אך עדיף לבדוק זאת בגליון הנתונים).
הליך הבדיקה תלוי בסוג המכשיר הנבדק.
- כדי לבדוק חיישן דיגיטלי חד קוטבי, אתה צריך להביא אליו מגנט עם מוט אחד. הנורית אמורה להידלק (החץ של מד המתח של המצביע סוטה או שהקריאות של הבוחן הדיגיטלי משתנות בפתאומיות). כאשר המגנט מוסר למרחק ניכר, המעגל אמור לחזור למקומו המקורי. אם החיישן לא עובד, יש צורך להפוך את המגנט עם המוט השני ולחזור על ההליך. אם הנורית מהבהבת, החיישן פועל. אם לא הושגה הצלחה בכל מיקום של המגנט, המכשיר אינו שמיש.
- חיישן דיגיטלי דו קוטבי נבדק בטכניקה דומה, רק הנורית נדלקת במיקום אחד של המגנט, ואינה כבה כאשר מקור השדה המגנטי מוסר. המעגל לא אמור להגיב למניפולציות נוספות עם אותו מוט. אם תהפוך את המגנט ותביא אותו לחיישן בקוטביות הפוכה, הנורית אמורה לכבות. זה מצביע על תקינות המכשיר הנבדק.אם המעגל אינו פועל, אז החיישן אינו תקין.
- חיישן הול דיגיטלי רב-קוטבי נבדק באותו אופן כמו חיישן חד-קוטבי, אך המכשיר הרגיש מבחינה מגנטית אמור לעבוד בכל מיקום של המגנט.
חיישנים אנלוגיים נבדקים באותו אופן כמו אלה הדיגיטליים, אך מתח המוצא לא אמור להשתנות באופן פתאומי, אלא בצורה חלקה ככל שהכוח המגנטי גדל (לדוגמה, מגנט קבוע מתקרב או עלייה בזרם בפיתול האלקטרומגנט).
מנקודת מבט מעשית, השאלה כיצד לבדוק את חיישן הול המותקן במערכת ההצתה ללא מגע של מכונית מעניינת. לשם כך, הסר את המחבר מהחיישן והרכיב את המעגל המצוין ישירות על הפינים.
כאן תוכלו גם להחליף את ה-LED במולטימטר. סיבוב גל הארכובה של המכונית באופן ידני, אתה יכול לראות הבזקים תקופתיים של הנורית או שינויים במתח המוצא מאפס למתח של מערכת החשמל של המכונית בערך. דרך חלופית לבצע צ'ק-אין במוסך היא להחליף את המכשיר באופן זמני בחיישן חילוף ידוע וטוב.
חיישן הול מצא יישום נרחב בציוד ביתי ותעשייתי. לא קשה לבדוק את יכולת השירות אם יש הבנה של עקרון פעולתו.
מאמרים דומים:
