سنسور اثر هال

 

اثر هال چیست؟ 

اثرات سالن کوانتومی یکی از مهمترین موضوعاتی است که در طول 20 سال گذشته در فیزیک ماده چگال ظاهر شده است. به طور خاص، اثر بخشی کوانتومی کسپرسکی به ویژه پارادایم جدیدی را در مطالعه الکترونهای قوی همبسته به وجود آورده است و نشان داده شده است که مفاهیم جدید مانند آمار کسر، هر anion، کریل Luttinger مایع و ذرات کامپوزیت در دو سیستم های الکترونی دو بعدی است.

حسگر اثر Hall یک دستگاه است که برای اندازه گیری مقدار یک میدان مغناطیسی استفاده می شود. ولتاژ خروجی آن به طور مستقیم با قدرت میدان مغناطیسی از طریق آن متناسب است.سنسور اثر Hall براساس سنسور مجاورت، موقعیت، تشخیص سرعت و برنامه های سنجش فعلی مورد استفاده قرار می گیرد.اغلب سنسور Hall با تشخیص آستانه ترکیب شده است، به طوری که به عنوان یک سوئیچ عمل می کند. معمولا در کاربردهای صنعتی مانند سیلندر پنوماتیک دیده می شود، آنها نیز در تجهیزات مصرفی استفاده می شوند؛ برای مثال برخی از چاپگرهای کامپیوتری از آنها استفاده می کنند تا کاغذ های گم شده و پوشش های باز را شناسایی کنند. آنها همچنین می توانند در صفحه کلید کامپیوتر استفاده شوند، برنامه ای که نیاز به قابلیت اطمینان فوق العاده ای دارد

مواد تشکیل دهنده یک سنسور اثر هال

• گالسیوم آرسنید (GaAs)
• آرسنید ایندیوم (InAs)
• فسفید ایندیوم (InP)
• آنتیموان ایندیوم (InSb)
• گرافن

 

ولتاژ خروجی این نوع حسگر مستقیماً از خروجی تقویت کننده گرفته می‌شود که متناسب است با اندازه میدان مغناطیسی خارجی اعمال شده.

شکل که در آن:

• ولتاژ هال بر حسب ولت می‌باشد.

• ضریب اثر هال می‌باشد.

• I جریان الکتریکی عبوری از حسگر بر حسب آمپر می‌باشد.

• t ضخامت صفحه حسگر بر حسب میلیمتر می‌باشد.

• B چگالی شار میدان مغناطیسی بر حسب تسلا می‌باشد.

    
   
     

سنسورهای اثر هال به طور معمول برای سرعت چرخ ها و شفت ها استفاده می شوند، مانند موتور زمان احتراق موتور احتراق داخلی، تله متر و سیستم های ضد قفل ترمز. آنها در موتور الکتریکی دیجیتال براشلس استفاده میشوند تا موقعیت دائمی آهنربا را تشخیص دهند. در چرخ عکس با دو آهنربا دارای همان فاصله، ولتاژ از سنسور دو بار برای هر انقلاب افزایش می یابد. این تنظیم معمولا برای تنظیم سرعت درایوهای دیسک استفاده می شود

نحوه عملکرد سنسور اثر هال

در یک سنسور اثر Hall، نوار نازکی از فلز دارای یک جریان است که در طول آن اعمال می شود. در حضور یک میدان مغناطیسی، الکترونها در نوار فلز به سمت یک لبه انحراف پیدا می کنند و شیب ولتاژ را در قسمت کوتاه نوار (عمود بر جریان جریان) ایجاد می کنند. سنسورهای اثر گذار بر روی سنسورهای القایی در آن نفوذ دارند، در حالی که سنسورهای القایی به یک میدان مغناطیسی متغیر که جریان را در یک سیم پیچ هدایت می کند و ولتاژ خروجی خود را تولید می کند، سنسور اثر Hall می تواند میدان های مغناطیسی استاتیک (غیر تغییر) را تشخیص دهد.

در ساده ترین شکل، سنسور به عنوان مبدل آنالوگ عمل می کند، به طور مستقیم ولتاژ را بازگشت می کند. با میدان میدان مغناطیسی شناخته شده، فاصله آن از صفحه تالار می تواند تعیین شود. با استفاده از گروه های حسگر، موقعیت نسبی آهنربا می تواند نتیجه گیری شود.

 در شکل زیر میتوان انواع سنسور های اثر هال را میتوان مشاهده کرد

 

هنگامی که یک پرتو ذرات شارژ از طریق یک میدان مغناطیسی عبور می کند، نیروها روی ذرات عمل می کنند و پرتو از یک مسیر مستقیم انحراف می یابد. جریان الکترون ها از طریق یک هادی، یک پرتو از حامل های شارژ را تشکیل می دهد. هنگامی که یک هادی در یک میدان مغناطیسی عمود بر جهت الکترون قرار می گیرد، از یک مسیر مستقیم انحراف پیدا می کند. به عنوان یک نتیجه، یک هواپیما هادی به صورت منفی جبران می شود و طرف مقابل به طور مثبت جبران خواهد شد. ولتاژ بین این هواپیما ها ولتاژ هال نامیده می شود.

هنگامی که نیروی ذرات شارژ از میدان الکتریکی نیرویی که توسط میدان مغناطیسی تولید می شود متعادل می شود، تفکیک آنها متوقف می شود. اگر جریان در حال تغییر نیست، ولتاژ هال یک اندازه گیری از چگالی شار مغناطیسی است. اساسا، دو نوع حسگر اثر Hall وجود دارد. یکی خطی است که به معنی خروجی ولتاژ خطی به چگالی شار مغناطیسی بستگی دارد؛ دیگر آستانه نامیده می شود بدین معنی که کاهش شدید ولتاژ خروجی در هر چگالی شار مغناطیسی وجود خواهد داشت