датчик Холла

Принцип работы датчика Холла

Даже школьники знают, что существует огромное количество различных датчиков, которыми мы пользуемся ежедневно. К примеру, тот же термометр, который является датчиком измерения температуры. Но есть в технике достаточно своеобразные датчики, которые названы в честь людей, придумавших их. К примеру, датчик Холла – принцип работы его будем рассматривать в этой статье.

Датчик холла

Но перед тем как перейти к разбору данного прибора, необходимо ознакомиться немного с историей его появления. Итак, все началось очень давно в Америке, где известный физик Эдвин Холл экспериментировал с электричеством. Что он сделал?

Он взял золотую пластинку и стал через нее пропускать постоянный ток. Кстати, схема этого эксперимента обозначена на рисунке ниже. Так вот ток пропускался через грани, обозначенные буквами «В» и «D». После чего он установил пластинку в магнит, который располагался к ней перпендикулярно. И самое интересное оказалось тем, что между гранями «А» и «С» появился электрический потенциал, то есть, напряжение. С тех пор такой эффект стали называть в честь американского физика. А вот и обещанный нами рисунок.

Принцип работы датчика Холла

Сам Эдвин Холл на этом и остановился, а вот другие физики стали экспериментировать с этим физическим эффектом. Его в основном стали использовать в радиотехнике, изготавливая детали, в которых эффект Холла был основополагающим. Никто не стал заморачиваться с названием этих деталей, их стали называть по названию эффекта, то есть, датчиками Холла. Итак, что такое датчик Холла?

Как работает датчик Холла

По сути, этот прибор изготовлен по типу щелевой конструкции. С одной стороны щели располагается магнит, с другой полупроводник, через который пропускается ток. Так вот на движущиеся электроны действует магнитное поле, которое изменяет их вектор движения.

Но в самом датчике между полупроводником и магнитом установлена металлическая пластина. Весь фокус заключается в том, что если пластину убрать, то на полупроводниковом элементе появляется разность потенциалов. Если металлическую пластину установить заново, то напряжение начнет возникать именно на ней. По сути, это и есть принцип работы датчика Холла.

Но тут возникает вопрос, какое напряжение может возникнуть в такой конструкции, насколько оно большое? Все будет зависеть от нескольких показателей, которые являются частями фот этой формулы:

Uh = (Rh*H*I*sinw)/d

Здесь понятно, что:

  • Uh – это само напряжение;
  • Rh – это так называемый коэффициент Холла;
  • Н – это напряжение, создаваемое магнитным полем;
  • I – это величина тока, проходящего по полупроводниковой пластине;
  • w – это угол между магнитным полем и проводником, в данном случае он составляет 90º, а sin90º=1;
  • d – это толщина пластины.

Принцип работы датчика

В этой формуле есть один показатель, который может привести в затруднение, это коэффициент Холла. Надо сказать, что данная величина определяется по таблицам, которые есть в свободном доступе в интернете. У каждого металла или сплава различные значения этого коэффициента. Для примера предложим ознакомиться с некоторыми из них.

  • золото – (-0,715 м³/К);
  • железо — +5,5;
  • алюминий – (-0,22).

Параметры эффекта Холла известны, на их основе и были изготовлены датчики, с помощью которых можно измерять силу тока в проводящем элементе. Кстати, на этом принципе изготавливаются клещи, с помощью которых измеряется сила тока в проводниках без соприкосновения инструмента с проводами. То же самое можно сказать и о приборах, с помощью которых измеряется магнитное поле. Все эти приборы относятся к категории линейных, потому что напряжение, возникающее в проводниковой пластине прямопропорционально параметрам, которые измеряются.

Проверка датчика на работоспособность

В современной цифровой технике датчики также используются. Их дополняют различными логическими элементами. Датчики такого типа делятся на три группы:

  • Униполярные – это когда прибор реагирует только на один полюс, а на другой не реагирует.
  • Биполярные – реагирует на два полюса только по-разному. Если поднести к датчику один полюс, он начинает работать и продолжает это делать, если полюс отвести от него. А вот на второй полюс он реагирует совершенно по-другому, прибор будет отключаться.
  • Омниполярные – реагирует на оба полюса, то есть, и включаются, и отключаются.

Заключение по теме

Итак, мы рассмотрели датчик тока на эффекте Холла, как он работает, и какие они бывают. Но у многих, наверное, возникает вопрос, чем же так хороши эти приборы? Во-первых, у них нет электромеханических контактов, которые со временем изнашиваются и требуют замены. Во-вторых, это теоретически бесконечное количество включений и выключений. Конечно, если учитывать подачу стабильного напряжения на проводник, а также придерживать определенную силу тока.

Отзывы и комментарии к статье