Hall-Sensor-Anwendungen

Im Jahr 1879 führte der amerikanische Physiker Edwin Herbert Hall während seiner Doktorarbeit an der Johns Hopkins University ein Experiment mit einer Goldplatte durch. Er leitete einen Strom durch die Platte, indem er die Platte selbst auf das Glas legte, und zusätzlich wurde die Platte der Wirkung eines Magnetfelds ausgesetzt, das senkrecht zu ihrer Ebene und dementsprechend senkrecht zum Strom gerichtet war.

Der Fairness halber sei angemerkt, dass Hall zu diesem Zeitpunkt damit beschäftigt war, die Frage zu lösen, ob der Widerstand der Spule, durch die der Strom fließt, von der Anwesenheit daneben abhängt Dauermagnet, und im Rahmen dieser Arbeit haben Wissenschaftler Tausende von Experimenten durchgeführt. Als Ergebnis des Goldplatten-Experiments wurde eine gewisse Potentialdifferenz an den Seitenkanten der Platte festgestellt.

Diese Spannung wird Hall-Spannung genannt... Der Vorgang lässt sich grob wie folgt beschreiben: Die Lorentzkraft bewirkt, dass sich in der Nähe einer Kante der Platte eine negative Ladung und in der Nähe der gegenüberliegenden Kante eine positive Ladung ansammelt.Das Verhältnis der resultierenden Hall-Spannung zum Wert des Längsstroms ist ein Merkmal des Materials, aus dem ein bestimmtes Hall-Element besteht, und dieser Wert wird als „Hall-Widerstand“ bezeichnet.

Der Hall-Effekt dient als ziemlich genaue Methode zur Bestimmung der Art der Ladungsträger (Loch oder Elektron) in einem Halbleiter oder Metall.

Basierend auf dem Hall-Effekt stellen sie jetzt Hall-Sensoren her, Geräte zur Messung der Stärke eines Magnetfelds und zur Bestimmung der Stärke eines Stroms in einem Draht. Im Gegensatz zu Stromwandlern ermöglichen Hall-Sensoren auch die Messung von Gleichstrom. Somit sind die Einsatzgebiete des Hall-Effekt-Sensors grundsätzlich recht umfangreich.

Da die Hall-Spannung klein ist, ist es nur logisch, dass die Hall-Spannungsklemmen verbunden sind Operationsverstärker… Um eine Verbindung zu digitalen Knoten herzustellen, wird die Schaltung durch einen Schmitt-Trigger ergänzt und ein Schwellenwertgerät erhalten, das bei einer bestimmten Magnetfeldstärke ausgelöst wird. Solche Schaltungen werden Hall-Schalter genannt.

Häufig wird ein Hall-Sensor in Verbindung mit einem Permanentmagneten verwendet und ausgelöst, wenn sich der Permanentmagnet dem Sensor innerhalb einer bestimmten vorgegebenen Distanz nähert.

Hall-Sensoren sind in bürstenlosen oder Ventil-Elektromotoren (Servomotoren) weit verbreitet, wo die Sensoren direkt am Motorstator installiert sind und als Rotorpositionssensor (RPR) fungieren, der eine Rückmeldung über die Rotorposition liefert, ähnlich einem Kollektor im Kollektor Gleichspannungs Motor.

Durch die Befestigung eines Permanentmagneten an der Welle erhalten wir einen einfachen Umdrehungszähler und manchmal auch die Abschirmwirkung des ferromagnetischen Teils selbst auf den magnetischen Fluss Dauermagnet… Der magnetische Fluss, durch den Hall-Sensoren typischerweise ausgelöst werden, beträgt 100–200 Gauss.

Dreidraht-Hall-Sensoren werden von der modernen Elektronikindustrie hergestellt und enthalten in ihrem Gehäuse einen Open-Collector-npn-Transistor. Oftmals sollte der Strom durch den Transistor eines solchen Sensors 20 mA nicht überschreiten. Um eine starke Last anzuschließen, muss daher ein Stromverstärker installiert werden.

Das Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters ist in der Regel nicht stark genug, um einen Hall-Sensor auszulösen, da die Empfindlichkeit solcher Sensoren 1-5 mV/G beträgt und daher zur Messung schwacher Ströme ein stromdurchflossener Leiter aufgewickelt wird ein Ringkern mit Spalt und ein Hallsensor ist bereits im Spalt verbaut ... Bei einem Spalt von 1,5 mm beträgt die magnetische Induktion also nun 6 Gs/A.

Bei der Messung von Strömen über 25 A verläuft der Stromleiter direkt durch den Ringkern. Das Kernmaterial kann bei Messung Alcifer oder Ferrit sein Hochfrequenzstrom.

Einige Ionenstrahltriebwerke arbeiten auf Basis des Hall-Effekts und arbeiten sehr effizient.

Der Hall-Effekt ist die Grundlage für elektronische Kompasse in modernen Smartphones.