Mi a csarnokérzékelő: működési elv, felépítés és vizsgálati módszerek

Az érzékelők egy fizikai mennyiséget egy másikra (általában elektromos mennyiségre) alakítanak át, és széles körben használják őket a háztartási és ipari készülékekben. Ezek nélkül nagyon nehéz, ha nem lehetetlen mérni, digitalizálni és feldolgozni az olyan folyamatparamétereket, mint a nyomás és az áramlás (gáz vagy folyadék), hőmérsékletnyomás, szint, mágneses vagy elektromos térerősség stb. Az egyik legelterjedtebb érzékelő a csarnokérzékelő - mind a háztartási alkalmazásokban (kezdve az okostelefonokkal vagy laptopokkal), mind a legfejlettebb ipari berendezésekben használják.

A Hall-effektus - működési elv

A hatást 1879-ben fedezte fel Edwin Hall amerikai fizikus, és róla nevezték el. A jelenség lényege az, hogy ha fogunk egy fémlemezt, és elektromos áramot vezetünk rajta keresztül (az ábrán AB irányban), majd a lemezre mágneses mezőt hozunk létre, például egy állandó mágnes által, akkor az áram folyására merőleges irányban (az ábrán CD) potenciálkülönbség keletkezik.

Ez a hatás a mozgó töltésekre ható Lorentz-erőnek köszönhető, amely a mozgás irányára merőleges irányba tolja el őket. Ez a lemez széleinél potenciálkülönbséget eredményez, amely mérhető, illetve (erősítéssel) működtethető a működtetőelemek működtetésére. Ez a különbség a következőktől függ:

• a folyó áram erőssége;
• a mágneses térerősség;
• a szabad töltéshordozók koncentrációja a vezetőben.

A jelenséget felfedezőjéről - a Hall-effektusról - nevezték el.

A Hall-érzékelők típusai és felépítése

Ez a hatás, amelyet a múlt században fedeztek fel, gyakorlati alkalmazásra talált. Ez az alapja a mágneses térérzékelőknek. Előnyük, hogy nincsenek mozgó vagy dörzsölő elemeik (ellentétben a reed-kapcsolókkal), így megbízhatóságuk sokkal nagyobb. Érzékenységi elvük szerint ipari érzékelők A Hall-érzékelők a következőkre oszthatók:

• egypólusú (csak egy mágneses pólusra reagál - északi vagy déli);
• bipoláris (azonos polaritású mágneses tér aktiválja, ellentétes polaritású mágneses tér deaktiválja);
• omnipoláris - a mágnes mindkét pólusára reagál.

A mozgó töltésekre ható mágneses mező által létrehozott potenciálkülönbség egységnyi, legfeljebb több tíz mikrovolt. A gyakorlati alkalmazásokhoz ez nem elegendő, a potenciálkülönbséget erősíteni kell. Ezek az erősítők közvetlenül az érzékelőházba vannak beépítve, és a készülékeket az erősítő típusa szerint két osztályba sorolják.

1. Analóg. Az érzékelő kimenetén megjelenő feszültség arányos a mágneses mezővel (a mágnes erősségétől és távolságától függ). Műveleti erősítőkön alapulnak, és mágneses mezők mérésére használhatók.
2. Digitális. Az erősítő után a komparátor vagy egy Schmitt-trigger. A kimeneti feszültség nulláról magas szintre ugrik (általában a tápfeszültség szintjére), amikor a mágneses indukció elér egy bizonyos küszöbértéket. Ezeket az érzékelőket mágneses relék vagy impulzusgenerátorok építésére használják. A lemezről érkező felerősített jelet a küszöbérték-berendezésbe táplálják. A beállított szint elérésekor az érzékelő működésbe lép. A válaszszint az érzékelő és a mágneses mező forrásának távolságát változtatva állítható be.

Hall érzékelő alkalmazások

A Hall-érzékelők leggyakoribb otthoni alkalmazása a járművek érintésmentes gyújtási rendszereiben található. Előnyük, hogy nincsenek mechanikus érintkező csoportok. Ez azt jelenti, hogy nincs kopás, nem égnek meg az érintkezők, és nem áll fenn a mechanikai meghibásodás veszélye.

Az elosztórendszer tartalmaz egy, a motor forgattyútengelye által forgatott, kiemelkedésekkel ellátott lemezt, egy állandó mágnest és magát a Hall-érzékelőt. Ahogy a lemez forog, a vetületek az érzékelő és a mágnes közötti résbe csapódnak egy pontosan meghatározott pillanatban, amelyet a forgattyús tengely helyzete határoz meg, megváltoztatva a mágneses mezőt. Az érzékelő a forgattyús tengely forgásával szinkronizált impulzusokat generál, amelyek a szükséges pillanatokban szabályozzák a nagyfeszültségű tekercsre adott feszültséget. A járműben lévő mágneses mezőérzékelőket a forgattyús tengely helyzetének érzékelésére is használják.

A mágnesesen érzékeny érzékelők másik felhasználási területe az elektromos motorok forgórészeinek helyzetének meghatározása. A reléelem a motor állórészéhez van csatlakoztatva, és a pólus áthaladásakor működésbe lép. Ez az elv felhasználható sebességmérő vagy sebességmérő építéséhez.

A Hall-effektuson alapuló eszközöket laptopokban vagy mobil eszközökben használják - a fedél zárt helyzetének jelzésére. Amikor az érzékelő működésbe lép, a számítógép alvó üzemmódba kapcsol vagy kikapcsol. Az okostelefonokban pedig a földi mágneses mezőre reagáló érzékelő egyik funkciója az elektronikus iránytű működésének megszervezése.

Az analóg Hall-érzékelőket olyan mérőműszerekben használják, ahol a mágneses mezőt kell értékelni. Elengedhetetlenek a vezetőben folyó áram érintésmentes méréséhez. Mint tudjuk, amikor áram folyik egy vezetőn keresztül, mágneses mező keletkezik körülötte. Erőssége az áram erősségétől függ. Ha az áram váltakozó áramú, a mező más eszközökkel (pl. áramváltóval) is mérhető, egyenáram esetén azonban elengedhetetlen a Hall-érzékelő. Ezen az elven működnek az egyenáramú áramfogók.

A Hall-effektus legegzotikusabb alkalmazása az elvén alapuló ionrakéta-hajtóművek építése.

Hogyan teszteljük a Hall-érzékelőt

Az érzékelő teszteléséhez összeállíthat egy egyszerű áramkört, amelyhez az érzékelőn kívül a következőkre van szükség

• Megfelelő feszültségű tápegység;
• egy ellenállás körülbelül 1 kΩ ellenállás;
• LED;
• mágnes.

Ha nem áll rendelkezésre LED, akkor helyette multimétert (és egy áramkorlátozó ellenállást) lehet használni. multiméter (digitális vagy többfunkciós mérő) feszültségmérési módban.

A tápegységgel szemben nincsenek különösebb követelmények - az áramkörben az áramok meglehetősen kicsik. Feszültségének a vizsgált érzékelő tápfeszültségén belül kell lennie. Csatlakoztassa a LED-et anódjával a feszültségforrás plusz oldalához, katódjával a vizsgálandó eszköz kimenetéhez, mivel az érzékelő általában nyitott kollektorral készül (de jobb ellenőrizni az adatlapon).

A vizsgálati eljárás a vizsgált eszköz típusától függ.

1. Az egypólusú digitális érzékelő teszteléséhez tartson egy mágnest az egyik pólusával az érzékelő felé. A LED-nek világítania kell (a feszültségmérő nyilának el kell térnie, vagy a digitális teszter leolvasásának ugrásszerűen meg kell változnia). Az áramkörnek vissza kell térnie eredeti helyzetébe, ha a mágnest jelentős távolságra eltávolítjuk. Ha az érzékelő nem működik, fordítsa a mágnest a másik irányba, és ismételje meg az eljárást. Ha a LED villog, az érzékelő működik. Ha a mágnes egyik helyzetben sem jár sikerrel, a készülék nem alkalmas a használatra.
2. A kétpólusú digitális érzékelőt hasonló módszerrel tesztelik, csak a LED egy mágnes pozícióban világít, és nem alszik ki, amikor a mágneses mezőforrást eltávolítják. Az áramkör nem reagálhat további manipulációra ugyanazzal a pólussal. Ha megfordítja a mágnest, és ellentétes polaritással viszi az érzékelőhöz, a LED-nek ki kell aludnia. Ez azt jelzi, hogy a vizsgált eszköz megfelelően működik. Ha az áramkör nem működik, akkor az érzékelő hibás.
3. Az omnipoláris digitális Hall-érzékelőt ugyanúgy tesztelik, mint az egypólusú érzékelőt, de a mágnesérzékeny eszköznek bármely mágnespozícióban ki kell oldania.

Az analóg érzékelőket a digitális érzékelőkkel azonos módszerrel vizsgálják, de a kimeneti feszültségnek nem hirtelen, hanem egyenletesen kell változnia a mágneses erő növekedésével (pl. állandó mágnes közeledésével vagy az elektromágnes tekercsében folyó áram növekedésével).

Gyakorlati szempontból érdekes kérdés, hogy hogyan lehet ellenőrizni az autó érintésmentes gyújtásrendszerébe épített Hall-érzékelőt. Ehhez távolítsa el a csatlakozót az érzékelőről, és szerelje össze a jelzett áramkört közvetlenül a csapokon.

A LED itt is helyettesíthető multiméterrel. Az autó forgattyútengelyének kézi forgatásával megfigyelheti a LED időszakos villogását vagy a kimeneti feszültség változását a nullától körülbelül az autó fedélzeti feszültségének megfelelő értékig. A garázsban történő ellenőrzés alternatív módja, hogy ideiglenesen kicseréli a készüléket egy ismert jó csereérzékelőre.

A Hall-érzékelő széles körben elterjedt a háztartási és ipari alkalmazásokban. Nem nehéz ellenőrizni a hibákat, ha tisztában van azzal, hogyan működik.

Kapcsolódó cikkek: