เซ็นเซอร์ฮอลล์เอฟเฟกต์
เซ็นเซอร์ฮอลล์เอฟเฟกต์จะตรวจจับความแรงของสนามแม่เหล็กและทิศทางของแม่เหล็กถาวรหรือแม่เหล็กไฟฟ้า เอาต์พุตเซนเซอร์ฮอลล์เอฟเฟกต์เป็นฟังก์ชันของสนามแม่เหล็กและสามารถตรวจจับสนามแม่เหล็กทั้งเชิงบวกและเชิงลบได้
หลักการทำงานของเซนเซอร์ Hall Effect
สนามแม่เหล็กภายนอกจะเปิดใช้งานเซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์ สนามแม่เหล็กแสดงด้วยความหนาแน่นฟลักซ์ (B) และด้วยขั้วแม่เหล็ก เช่น ขั้วโลกเหนือหรือขั้วโลกใต้ สนามแม่เหล็กรอบๆ เซนเซอร์ฮอลล์เอฟเฟกต์จะกำหนดสัญญาณเอาท์พุต เมื่อความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กโดยรอบเกินค่าเกณฑ์ที่กำหนดไว้ล่วงหน้า เซ็นเซอร์จะสร้างแรงดันไฟฟ้าฮอลล์ VH
เซ็นเซอร์เซมิคอนดักเตอร์คือเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p เช่น แกลเลียมอาร์เซไนด์ (GaAs), อินเดียมอาร์เซไนด์ (InAs) และอินเดียมแอนติโมไนด์ (InSb) ที่นำไฟฟ้ากระแสตรง วัสดุเซมิคอนดักเตอร์ประสบกับแรงเมื่อมีสนามแม่เหล็ก ทำให้ทั้งอิเล็กตรอนและรูเคลื่อนไปด้านข้างของชั้นเซมิคอนดักเตอร์ เมื่ออิเล็กตรอนและรูเคลื่อนที่ไปด้านใดด้านหนึ่ง ความต่างศักย์จะเกิดขึ้นระหว่างด้านต่างๆ ของเซมิคอนดักเตอร์ ในวัสดุทรงสี่เหลี่ยมแบน สนามแม่เหล็กภายนอกที่ตั้งฉากกับวัสดุเซมิคอนดักเตอร์มีผลอย่างมากต่อการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน
เอฟเฟกต์ฮอลล์จะแสดงประเภทขั้วแม่เหล็กและความแรงของสนามแม่เหล็ก ตัวอย่างเช่น มีแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วหนึ่งของแม่เหล็ก แต่ไม่มีที่ขั้วอีกขั้วหนึ่ง เซ็นเซอร์ฮอลล์เอฟเฟกต์มักจะ 'ปิด' และทำหน้าที่เหมือนวงจรเปิดเมื่อไม่มีสนามแม่เหล็ก พวกมันถูกปิดภายใต้สนามแม่เหล็กโพลาไรซ์อย่างแรงเท่านั้น (วงจรปิด)
ลักษณะเซนเซอร์แม่เหล็ก Hall Effect
แรงดันไฟฟ้าฮอลล์ (V ชม ) ของเซ็นเซอร์เอฟเฟกต์ฮอลล์เป็นฟังก์ชันของความแรงของสนามแม่เหล็ก (H) อุปกรณ์เอฟเฟกต์ฮอลล์เชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยแอมพลิฟายเออร์ DC, วงจรสวิตชิ่งลอจิก และตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าในอุปกรณ์เหล่านั้นเพื่อปรับปรุงความไวของเซ็นเซอร์และแรงดันเอาต์พุต ซึ่งช่วยให้เซนเซอร์ฮอลล์เอฟเฟกต์จัดการกับพลังงานและสนามแม่เหล็กได้มากขึ้น
แผนภาพวงจรเซนเซอร์แม่เหล็ก Hall Effect
เซ็นเซอร์กึ่งแอคทีฟมีเอาต์พุตเชิงเส้นหรือดิจิทัล แรงดันเอาต์พุตของเซนเซอร์เชิงเส้นเกี่ยวข้องโดยตรงกับสนามแม่เหล็กที่ไหลผ่านเซนเซอร์ฮอลล์ และส่งออกโดยเครื่องขยายสัญญาณในการดำเนินงาน
สมการแรงดันไฟฟ้าฮอลล์เอฟเฟกต์
สมการแรงดันไฟฟ้าขาออกได้มาจาก:
นี่ วี ชม หมายถึงแรงดันไฟฟ้าของห้องโถง R ชม หมายถึงค่าสัมประสิทธิ์เอฟเฟกต์ฮอลล์ ฉันหมายถึงกระแส t หมายถึงความหนา และ B หมายถึงความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก เซ็นเซอร์เชิงเส้นหรือแอนะล็อกจะสร้างแรงดันไฟฟ้าคงที่ซึ่งจะเพิ่มขึ้นตามสนามแม่เหล็กที่แรงกว่า และลดลงตามสนามแม่เหล็กที่อ่อนลง ในเซ็นเซอร์ฮอลล์เอฟเฟกต์ เมื่อความแรงของสนามแม่เหล็กเพิ่มขึ้น สัญญาณเอาท์พุตของแอมพลิฟายเออร์จะเพิ่มขึ้นจนกว่าแหล่งจ่ายไฟจะอิ่มตัว การเพิ่มสนามแม่เหล็กจะทำให้เอาต์พุตอิ่มตัว แต่ไม่มีผลกระทบ:
เมื่อเอาท์พุตของเซ็นเซอร์ฮอลล์เกินระดับที่กำหนดไว้ล่วงหน้าของฟลักซ์แม่เหล็กที่ไหลผ่าน หน้าสัมผัสจะเปลี่ยนจากสถานะ 'ปิด' เป็นสถานะ 'เปิด' อย่างรวดเร็วโดยไม่กระดอน ฮิสเทรีซีสในตัวนี้จะป้องกันไม่ให้สัญญาณเอาท์พุตสั่นเมื่อเซ็นเซอร์เคลื่อนเข้าสู่สนามแม่เหล็ก ซึ่งหมายความว่าเซ็นเซอร์เอาต์พุตดิจิทัลจะมีสถานะ 'เปิด' และ 'ปิด' เท่านั้น
ประเภทเซนเซอร์ Hall Effect
เซนเซอร์ Hall Effect มี 2 ประเภท: เซนเซอร์ Hall Effect แบบไบโพลาร์ และเซนเซอร์ Hall Effect แบบ Unipolar เซ็นเซอร์แบบยูนิโพลาร์สามารถทำงานและคายประจุได้เมื่อเข้าและออกจากสนามแม่เหล็กด้วยขั้วแม่เหล็กใต้อันเดียวกัน ในขณะที่เซ็นเซอร์แบบไบโพลาร์ต้องใช้สนามแม่เหล็กทั้งบวกและลบจึงจะทำงานและคายประจุได้ เนื่องจากความสามารถในการขับเอาต์พุต 10-20mA อุปกรณ์เอฟเฟกต์ฮอลล์ส่วนใหญ่จึงไม่สามารถเปลี่ยนโหลดกระแสสูงได้โดยตรง สำหรับโหลดกระแสไฟฟ้าจำนวนมาก ทรานซิสเตอร์ NPN จะถูกเพิ่มเข้าไปในเอาต์พุตโดยมีการจัดเรียงตัวรวบรวมแบบเปิด
การประยุกต์ใช้เซนเซอร์ Hall Effect
เซ็นเซอร์ฮอลล์เอฟเฟกต์จะเปิดขึ้นเมื่อมีสนามแม่เหล็ก และควบคุมโดยแม่เหล็กถาวรชนิดเดียวบนเพลาหรืออุปกรณ์ที่เคลื่อนที่ เพื่อเพิ่มความไวให้สูงสุด เส้นฟลักซ์แม่เหล็กจะต้องตั้งฉากกับสนามเซ็นเซอร์และมีโพลาไรเซชันที่ถูกต้องในการกำหนดค่าทั้งหมด
1: การตรวจจับศีรษะ
โดยกำหนดให้สนามแม่เหล็กตั้งฉากกับเครื่องตรวจจับเอฟเฟกต์ฮอลล์ ดังที่แสดงด้านล่าง:
เทคนิคนี้สร้างสัญญาณเอาท์พุต V ชม ซึ่งวัดความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กในอุปกรณ์เชิงเส้นตรงตามฟังก์ชันของระยะห่างจากเซ็นเซอร์ฮอลล์เอฟเฟกต์ แรงดันไฟขาออกจะเพิ่มขึ้นตามความแรงของสนามแม่เหล็กและความใกล้เคียง
2: การตรวจจับด้านข้าง
ต้องใช้ฟลักซ์แม่เหล็กทางอ้อมในขณะที่แม่เหล็กเคลื่อนที่ไปด้านข้างผ่านองค์ประกอบเอฟเฟกต์ฮอลล์
เซ็นเซอร์ด้านข้างหรือแบบเคลื่อนที่สามารถวัดความเร็วของแม่เหล็กหรือมอเตอร์ที่กำลังหมุนโดยการตรวจจับสนามแม่เหล็กที่เลื่อนบนพื้นผิวขององค์ประกอบฮอลล์ที่ระยะห่างหนึ่งจากช่องว่างอากาศ
แรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตเชิงเส้นบวกหรือลบสามารถสร้างขึ้นได้ ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของสนามแม่เหล็กที่ผ่านเส้นกึ่งกลางสนามศูนย์ของเซ็นเซอร์ กำหนดการเคลื่อนไหวในแนวตั้งและแนวนอน
3: การควบคุมตำแหน่ง
เครื่องตรวจจับตำแหน่งจะยังคงอยู่ในสถานะ 'ปิด' เมื่อไม่มีสนามแม่เหล็ก ทันทีที่ขั้วใต้ของแม่เหล็กเคลื่อนที่ในทิศทางตั้งฉากกับบริเวณใกล้เคียงกับเซ็นเซอร์ฮอลล์เอฟเฟกต์ อุปกรณ์จะเปิด “เปิด” และไฟ LED จะสว่างขึ้น เมื่อเปิดเครื่อง เซนเซอร์ฮอลล์เอฟเฟกต์จะอยู่ในสถานะ 'เปิด'
หากต้องการปิด LED สนามแม่เหล็กจะต้องลดลงต่ำกว่าจุดกระตุ้นต่ำสุดที่ตรวจพบได้ หรืออาจต้องเผชิญกับขั้วเหนือที่อยู่ตรงข้ามซึ่งมีค่าเกาส์เป็นลบก็ได้
บทสรุป
เซ็นเซอร์ฮอลล์เอฟเฟกต์ใช้สำหรับตรวจจับทิศทางและความแรงของสนามแม่เหล็ก มีการใช้ในการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงยานยนต์ การตรวจจับระยะใกล้ การตรวจจับด้านข้าง และการตรวจจับตำแหน่งสำหรับสนามแม่เหล็กต่างๆ