Senzor Hall – principiul de funcționare

    În anul 1879 fizicianul american Edwin Herbert Hall (1855 – 1938) a observat că atunci când un semiconductor, parcurs de un curent electric, este plasat sub acțiunea unui câmp magnetic, apare o tensiune electrică, proporțională cu curentul electric și perpendiculară pe direcția câmpului magnetic și a curentului electric. Acest efect manifestat în materialele semiconductoare se numește efect Hall.

Efectul Hall

Foto: Efectul Hall

B – inducția câmpului magnetic
UA – tensiunea de alimentare
IA – curentul electric de alimentare
UH – tensiunea Hall măsurată

    Curentul electric ce parcurge materialul semiconductor este influențat de câmpul magnetic. Liniile de flux magnetic exercită o forță asupra electronilor (forță Lorenz). Datorită acestei forțe, electronii sunt deviați către o extremitate a semiconductorului, în funcție de intensitatea și direcția liniilor de câmp. Aceasta deviere de electroni produce o diferență de potențial numită tensiune Hall.

Animație: Efectul Hall

    Acest efect este mai pronunțat la materialele semiconductoare cum ar fi: arseniura de galiu (GaAs), antimoniura de indiu (InSb) sau arseniura de inidiu (InAs). La materialele conductoare (metale) efectul Hall este foarte slab deoarece densitatea de electroni este foarte mare iar efectul deviației de către câmpul magnetic este insesizabil.

Animație: Efectul Hall

    Un element sensibil Hall detectează câmpuri magnetice de intensități relativ reduse (0.1 mT – 10T) și produce tensiuni electrice între 1 ... 10 mV. De asemenea, dimensiunile acestuia sunt extrem de reduse, grosimea semiconductorului fiind în jur de 0.01 mm iar laturile de ordinul milimetrilor.

Element sensibil Hall

Foto: Element sensibil Hall

    Senzorii Hall sunt senzori activi, care necesită alimentare cu energie electrică. Astfel, cei mai simpli senzori Hall au cel puțin 3 pini:

  1. tensiune alimentare, UA (intrare)
  2. masă
  3. tensiune Hall, UH (ieșire)

    Tensiunea de ieșire Hall (UH) este direct proporțională cu intensitatea câmpului magnetic. Deoarece valoare tensiunii este foarte mică, toți senzorii de tip Hall au integrate amplificatoare electronice și circuite de reglare pentru a ridica tensiunea de ieșire a senzorului în jurul valorii de +5V.

    Senzorii cu efect Hall sunt cei mai răspândiți senzori cu electronică integrată, cu o gama largă de aplicații. În domeniul automobilelor sunt utilizați ca senzori de turație motor, senzori de poziție arbore cu came, senzor de turație arbori cutie de viteze și senzori de viteza roată (ABS/ESP). De asemenea, la motoarele mai vechi, cu sistem de aprindere cu distribuitor, informația de la un senzor Hall este utilizat pentru a iniția scânteia bujiei în funcție de poziția rotorului distribuitorului.

Exemple de montaj pentru un senzor de poziție/turație Hall

 Foto: Exemple de montaj pentru un senzor de poziție/turație Hall

  1. disc metalic
  2. magnet permanent
  3. element sensibil Hall

    Elementul sensibil Hall (3), integrat în carcasa senzorului, se poziționează în apropierea unui disc metalic (1) prevăzut cu magneți permanenți (2) sau cu dinți metalici. Alternanța magneților sau a dinților metalici variază intensitatea câmpului magnetic care se traduce într-un semnal electric.

Semnalul electric produs de un senzor Hall

Foto: Semnalul electric produs de un senzor Hall

A - alternanța dinților metalici
B - intensitatea câmpului magnetic
C - tensiunea de ieșire a senzorului

    Senzorii Hall sunt senzori digitali care produc un semnal de ieșire cu doar două valori (ex. 0 si +5V). Cu cât frecvența de variație a câmpului magnetic este mai mare cu atât durata semnalului de ieșire este mai mică, deci turația discului mai mare. Calculatorul de injecție preia semnalul digital (C) de la senzor și-l transformă în informație de turație sau poziție în funcție de frecvența acestuia.

    Datorită principiului de funcționare, senzorii cu efect Hall sunt fiabili, ieftini și stabili la perturbații. Din acest motiv sunt foarte des utilizați în industrie, mai ales în industria automobilelor, atât ca senzori de poziție cât și ca senzori de turație.

Pentru a comenta articolul trebuie să vă înregistrați!

Comentarii

dani 7714
Miercuri, 17 Mai 2017 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
Ionutz
Marți, 13 Mai 2014 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
Ionutz
Marți, 13 Mai 2014 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5

Login

Logo motorul anului